一种全钒液流电池独立单元结构、制备方法及应用技术

一种全钒液流电池独立单元结构、制备方法及应用。该电池独立单元结构，包括以离子交换膜为中心对称向外依次连接的电极、导流框、电极板；在导流框外边缘及电解液流道孔边缘设置密封胶槽，对称连接的导流框上的密封胶槽的位置交错设置；离子交换膜尺寸大于导流框内边缘且小于导流框外边缘，离子交换膜边缘打孔，使粘结剂贯穿其中，固定于导流框之间。本发明专利技术电池独立单元结构，使相邻节电池之间不再相互关联，便于电池组装、拆卸及维修；本发明专利技术取消了橡胶密封垫的使用，有效防止了密封垫弹力衰减会导致的电解液漏电，高氧化性物质析出问题，同时降低了离子交换膜的使用面积，有效节约成本，提高电堆运行稳定性并延长电堆使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种全钒液流电池独立单元结构、制备方法及应用
本专利技术属于液流电池
，涉及液流电池电堆结构。
技术介绍
液流电池通常组装方式为各部件层叠压滤式组装，即将双极板、电极框、碳毡、离子交换膜、密封线等关键部件叠放，在压滤机内电堆用弹簧整体施加预紧力保证密封性。科研人员针对液流电池电堆存在的密封、电池效率等问题给出了解决方案。如中国专利申请CN102244212A公开了一种钒液流电池电堆密封方法及电堆单元和钒液流电池电堆，其公开了将导电电极板、框板、导流板和离子膜通过设置的热熔线将其连接固定形成一体式结构的电堆单元。但是此种结构电池单元并不独立，叠加电堆时需要将所有部件按照指定次序依次叠放后再进行加固，电堆相邻单节电池之间共用双极板，各节电池之间相互关联，需要整体安装、拆卸及维修，耗时费力。如中国专利申请CN101651220A公开了一种高度密封的液流电池，其主要构思是用导电胶将质子交换膜与电极粘结，同时，用导电胶将质子交换膜的外边缘与液流框的外边缘完全重合粘结，以起到电池密封的效果。由于干燥状态下安装离子交换膜易造成吸水溶胀，使离子交换膜与电极框之间密封失效，因此液流电池离子交换膜往往采用溶液处理后，在湿润状态下安装，湿润状态下的离子交换膜需要在电堆内部严格密封，通常需要整体通过螺杆和弹簧的预紧力压紧密封，因此，为固定离子交换膜并保证离子交换膜的密封性，膜面积通常与电极框为外边缘的矩形面积相同，即占用较大的面积进行固定和密封，且表面需设置进液孔。此种组装方式的电堆有以下缺陷：(1)电极框位置的离子交换膜不参与氧化还原反应，仅具有固定和密封作用，造成了膜的浪费和电堆成本的增加；(2)离子交换膜的外边缘接近电极框外边缘位置，一旦电堆预紧力衰减，电解液易通过离子交换膜的毛细作用向电堆外渗漏；(3)湿润隔膜直接与流道孔内电解液接触，通过离子交换膜的离子传导作用，易产生漏电电流，导致电堆内部局部温度过高，使电解液内高氧化性物质析出，降低电堆效率及使用寿命。综上所述，目前本领域的液流电堆结构及组装方式仍存在以下问题：1、安装及维修不便。2、大多数离子交换膜需依赖橡胶密封垫提高密封性，电堆长时间运行后，密封垫弹力衰减，使离子交换膜直接接触流道孔内电解液，产生漏电，导致电解液内高氧化性物质析出；降低电池效率及使用寿命；3、由于电堆内部使用橡胶密封垫密封，电堆弹簧需要较大的预紧力保证密封效果，一旦预紧力衰减后，电堆易发生电解液外漏。
技术实现思路
为解决本领域液流电池电堆存在的上述问题，本专利技术首要目的是提供了一种具有独立结构单节电池。该结构电池使用了一种可将离子交换膜封闭在电池内的密封方式，取消了橡胶密封垫的使用，有效防止了密封垫弹力衰减会导致的电解液漏电，高氧化性物质析出问题，同时降低了离子交换膜的使用面积，有效节约成本。本专利技术采用的技术方案是：一种全钒液流电池独立单元结构，包括以离子交换膜为中心对称向外依次连接的电极、导流框、电极板；其中，电极位于电极板与导流框中间形成的空腔内，导流框及电极板四角上分别设置相对应的电解液流道孔，在导流框外边缘及电解液流道孔边缘设置密封胶槽，对称连接的导流框上的密封胶槽的位置交错设置；离子交换膜边缘任意一点至任意电解液流道孔圆心的距离大于电解液流道孔半径，离子交换膜边缘打孔，使粘结剂贯穿其中，固定于两个导流框之间。所述的电解液流道孔的密封胶槽形状可为圆形、矩形及其互补图形。进一步的，在所述导流框内边缘位置设置二次密封线，且在两个对称连接的导流框上交错设置该密封线。所述密封线可选择材料包括氟硅胶、丙烯酸酯压敏胶及乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)等。所述的离子交换膜上打孔形状可为圆形、矩形、圆角矩形及三角形等任一种可加工的形状。所述的粘结剂为聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚氨酯、有机硅类树脂等。结合方式可采用喷涂、刷涂、热熔、刮涂等任一种。电极板及导流框之间可通过化学粘结、热焊接、注塑一体成型等本领域已知的加工方式结合。作为本专利技术一个优选的实施例，一种全钒液流电池独立单元结构，包括依次连接的第一电极板、第一导流框、第一电极、离子交换膜、第二电极、第二导流框、第二电极板；导流框及电极板四角上分别设置相对应的电解液流道孔，第一电极板与第一导流框非流道侧连接；第二电极板与第二导流框非流道侧连接；在第一电极板与第一导流框中间形成的空腔内设置第一电极；在第二电极板与第二导流框中间形成的空腔内设置第二电极；在第一电极和第二电极之间设置离子交换膜；离子交换膜边缘任意一点至任意电解液流道孔圆心的距离大于电解液流道孔半径；离子交换膜边缘处打孔，使化学粘结剂贯穿其中，用于将离子交换膜固定于第一导流框和第二导流框上；在第一导流框、第二导流框的外边缘及电解液流道孔、边缘设置密封胶槽，且密封胶槽交错设置，使第一导流框和第二导流框叠放时形成密封空间。密封槽交错设置，实现导流框边缘双重密封的目的。上述全钒液流电池独立单元结构为电堆内电池的独立单节结构，可通过增加离子交换膜、电极及导流框获得多节电池单元结构。在多节电池单元结构中，由多个具有上述全钒液流电池独立单元结构叠加组成，相邻的两节电池独立单元结构共用电极板，组成多节为一体的独立结构，所述多节电池单元结构为n节电池，需匹配n+1张电极板。上述电堆的制备工艺是：将电极板、导流框、电极、离子交换膜依次叠加，形成以离子交换膜为轴对称的单节电池独立结构，根据应用需要将单节电池结构进行组装形成电堆，其中相邻部件的接合方式如下：(1)通过喷涂、刮涂等方式用粘合剂粘合，粘合剂如聚氨酯、热敏胶、丙烯醋酸酯、PVDF等；或(2)通过仪器辅助高温结合，如使用高温热压机、红外焊接机、激光焊接机等；以上(1)、(2)两种方式可单独或结合使用，获得可拆卸、组装的液流电池电堆。本专利技术还同时请求保护由有上述独立结构单节电池组成的液流电池系统，该电池系统包括电极板及液流电池电堆，所述液流电池电堆是根据实际应用的需要叠加的多节电池单元结构。有益效果1.本专利技术使单节(或多节)电池形成独立结构，相邻节电池之间不再相互关联，便于电池组装、拆卸及维修；2.本专利技术在离子交换膜与导流框密封过程中，取消了传统的密封垫或密封线的形式，一方面防止了由于密封垫弹力衰减造成的正负极电解液导通，高氧化性物质析出；另一方面电堆整体所需预紧力下降，减少了电堆的压力及电解液外漏的风险；3.本专利技术通过两种密封方式将离子交换膜严格密封在单节电池导流框内，减小了离子交换膜的使用面积，降低了电堆制造成本；离子交换膜边缘不直接接触流道内的电解液，有效防止了减少电解液渗漏及高氧化性物质析出风险，提高电堆运行稳定性并延长电堆使用寿命。附图说明图1为单节电池内部结构；图2为单节及多节电池外观；其中，a为单节独立结构电池、b为3节独立结构电池、c为5节独立结构电池；图3为边缘圆形打孔离子交换膜；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全钒液流电池独立单元结构，其特征在于，包括以离子交换膜为中心对称向外依次连接的电极、导流框、电极板；其中，电极位于电极板与导流框中间形成的空腔内，导流框及电极板四角上分别设置相对应的电解液流道孔，在导流框外边缘及电解液流道孔边缘设置密封胶槽，对称连接的导流框上的密封胶槽的位置交错设置；离子交换膜边缘任意一点至任意电解液流道孔圆心的距离大于电解液流道孔半径，离子交换膜边缘打孔，使粘结剂贯穿其中，固定于两个导流框之间。/n

【技术特征摘要】
1.一种全钒液流电池独立单元结构，其特征在于，包括以离子交换膜为中心对称向外依次连接的电极、导流框、电极板；其中，电极位于电极板与导流框中间形成的空腔内，导流框及电极板四角上分别设置相对应的电解液流道孔，在导流框外边缘及电解液流道孔边缘设置密封胶槽，对称连接的导流框上的密封胶槽的位置交错设置；离子交换膜边缘任意一点至任意电解液流道孔圆心的距离大于电解液流道孔半径，离子交换膜边缘打孔，使粘结剂贯穿其中，固定于两个导流框之间。


2.根据权利要求1所述的全钒液流电池独立单元结构，其特征在于，所述的电解液流道孔的密封胶槽形状为圆形、矩形及其互补图形。


3.根据权利要求1所述的全钒液流电池独立单元结构，其特征在于，在所述导流框内边缘位置设置二次密封线，且在两个对称连接的导流框上交错设置该密封线。


4.根据权利要求1所述的全钒液流电池独立单元结构，其特征在于，所述密封线选择材料为氟硅胶、丙烯酸酯压敏胶或乙烯-醋酸乙烯共聚物。


5.根据权利要求1所述的全钒液流电池独立单元结构，其特征在于，所述的离子交换膜上打孔形状为圆形、矩形、圆角矩形及三角形任一种可加工的形状。


6.根据权利要求1所述的全钒液流电池独立单元结构，其特征在于，所述的粘结剂为聚四氟乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚氨酯或有机硅类树脂，结合方式可采用喷涂、刷涂、热熔、刮涂等任一种。


7.根据权利要求1所述的全钒液流电池独立单元结构，其特征在于，包括依次连接的第一电极板(1)、第一导流框(2)、第一电极(3)、离子交换膜(4)、第二电极(3’)、第二导流框(2’)、第二电极板(1’)；导流框及电极板四角上分别设置相对应的电解液流道孔，第一电极板(1)与第一导流框(2)非流道侧连接；第二电极板(1’)与第二导流框(2’)非...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨振坤，黄秋实，孙丹，许晓波，江杉，吴冯勃，衣宽荣，朱世阳，牟春霞，
申请(专利权)人：大连融科储能装备有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21