高功率液流电池板框及碳毡流道设计制造技术

高功率液流电池板框及碳毡流道设计，包括板框主体和碳毡流道，板框主体上加工有呈中心对称分布的正极歧管进口、负极歧管进口和正极歧管出口、负极歧管出口；负极歧管进口和负极歧管出口通过均流通道与碳毡流道联通，碳毡流道采用交指流道形式；碳毡流道为左右摆动式波浪形或上下起伏式波浪形。本发明专利技术均流通道和分区流道呈对称分布，有利于提高电解液分布均匀性，降低流阻。采用不同形式的碳毡交指流道，左右摆动式和上下起伏式波浪形碳毡流道都有利于电堆性能的提升，降低浓差极化影响以及流阻。通过增大均流流道凸台宽度，从而将碳毡流道转为交指流道的流动方式，这种流道配合方式简单，碳毡受压也不易变形。碳毡受压也不易变形。碳毡受压也不易变形。

【技术实现步骤摘要】
高功率液流电池板框及碳毡流道设计


[0001]本专利技术属于液流电池
，特别是涉及一种高功率液流电池板框及碳毡流道设计。

技术介绍

[0002]中国每年所需的电量巨大，不可再生的能源使用也会逐年递减，可再生能源，包括风能、太阳能、潮汐能等储能设备都在不断完善。风力发电机以及太阳能光伏板的商业化后，可再生能源的利用率越来越高，现在储存电量一般采用蓄电池，蓄电池带来的工业污染、安全性以及寿命等问题都有待解决。
[0003]液流电池系统作为储能设备中的一种，以其启动速度快，充放电响应迅速，运行安全可靠，过载过放能力强，以及液流电池系统输出功率和储存容量的因素相互独立等优点而被视为大规模储能领域最为理想的储能技术。对于一些长期受到电力短缺的发展中国家，其风能与太阳能等资源有很丰富，采用液流电池系统可以充分利用可再生能源，从而满足他们的电力需求。对于一些医院与部队，液流电池也可作为备用电源，避免电力突然中断等问题。
[0004]液流电池在我国的商业化进程缓慢，目前还存在很多问题有待解决。液流电池系统结构复杂，而电堆是电池系统的核心零部件。电堆包括：液流板框、离子交换膜、密封垫片、双极板、碳毡、集流板、绝缘板和端板等。液流电池板框设计是电堆中重要的一部分，板框中一般会设计均流通道，从而让电解液可以均匀分布在碳毡反应区。碳毡中电解液的分布均匀性直接会影响到离子膜的使用寿命，以及电堆单片电压整体的一致性。因此，板框中均匀流道设计一直是重要研究的方向。
[0005]由于液流电池功率密度低，要想电堆的功率满足要求，就必须增大碳毡的活性面积或者提高碳毡的功率密度。增大碳毡的面积固然可以提高功率，但均流通道的设计也更加复杂，且电堆太大，系统集成较难，成本也会随之提高。因此，很多学者便对碳毡进行热处理，酸处理，这些处理可以一定程度上提高碳毡的功率密度，催化剂的选择以及电镀方式同样影响碳毡的性能，但以上的方法并未对碳毡性能提升起到较大变化。
[0006]专利CN 111224144 A中在碳毡中设计不同形状的流道，发现交指通道相比于无通道碳毡，电压效率提高7.2％，能量效率提高7.1％，说明在碳毡中设置矩形交指通道可以较大提高电堆性能。但专利中的均流通道并未设计，碳毡流道中的电解液流量并不均等。碳毡中的矩形交指流道为贯穿式，这种方式尽管加工方便，但碳毡更易变形，固定起来较为麻烦，碳毡挤压下的流道变形也会较大。

技术实现思路

[0007]本专利技术目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种在碳毡中设计不同形状的交指流道，使得板框均流通道可以与碳毡流道有效结合，在提高碳毡电解液的均匀分布的同时，也能提高碳毡功率密度，提高电堆的能量效率，降低电堆流阻以及提高电堆寿命的高功率液
流电池板框及碳毡流道设计。
[0008]本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案：
[0009]高功率液流电池板框及碳毡流道设计，包括板框主体和碳毡流道，所述板框主体上加工有呈中心对称分布的正极歧管进口、负极歧管进口和正极歧管出口、负极歧管出口；其特征在于：所述负极歧管进口和负极歧管出口通过均流通道与所述碳毡流道联通，所述碳毡流道采用交指流道形式；所述碳毡流道为左右摆动式波浪形或上下起伏式波浪形。
[0010]其进一步特征在于：所述负极歧管进口和所述均流通道之间，负极歧管出口和所述均流通道之间，均通过蛇形通道连接。
[0011]进一步的：所述均流通道分成多个分区流道，各个所述分区流道进口连接倾斜主通道；相邻的所述均流通道之间通过凸台间隔；所述碳毡流道包括间隔设置的被动进液流道和主动进液流道；位于所述负极歧管进口侧的扩散区均流通道与所述主动进液流道一端联通，位于所述负极歧管出口侧的扩散区均流通道与所述被动进液流道一端联通；所述被动进液流道和主动进液流道另一端被所述凸台封闭。
[0012]优选的：所述凸台端部和分区流道的转角处设置为圆角。
[0013]所述被动进液流道和主动进液流道宽度、深度一致，且间距a为流道宽度b的1～10倍，各个分区的所述凸台宽度为2
×
a+b；所述被动进液流道和主动进液流道与所述均流通道宽度、深度一致。
[0014]进口侧的所述分区流道除两侧的所述分区流道外，其他各个所述分区流道几何结构对称，所述分区流道内凸台个数为奇数，数量至少为3个。
[0015]出口侧中心的所述被动进液流道通过两个中心分支流道，将电解液引入两侧分区流道中。
[0016]所述主动进液流道数量为偶数，所述被动进液流道数量为奇数。
[0017]优选的：
[0018]所述碳毡流道为左右摆动式波浪形时，与所述均流通道连接的为一段直流道，长度L1为1～20mm；流道中心线距离碳毡侧边距离L0为1～50mm；左右摆动式波浪形流道一周期长度L3为1～10cm，周期数为5～20；偏转角θ1为5～80
°
；圆角R1为5～50mm；流道段L4＝L5，长度大小为10～100mm；
[0019]所述碳毡流道为上下起伏式波浪形时，与所述均流通道连接的为一段直流道，长度L7为1～20mm；流道平均深度L6为1～10mm；偏转角θ2为5～60
°
；上下起伏式波浪形碳毡流道一周期长度L
11
为1～10cm，周期数为5～20；圆角R2为5～50mm；流道段L9＝L
10
＝2
×
L8。
[0020]其进一步特征还在于：所述板框主体正反两面，所述正极歧管进口、负极歧管进口和正极歧管出口、负极歧管出口部位都设置密封圈；所述板框主体边缘设置螺栓固定孔；所述分区流道中心位置设置有扩散区中心支撑垫。
[0021]本专利技术与现有市场中的板框流道结构对比，具有以下优点：
[0022](1)本专利技术均流通道结构采用对称分区结构，分区流道也呈对称分布，有利于提高电解液分布均匀性，降低流阻。
[0023](2)本专利技术采用不同形式的碳毡交指流道，左右摆动式和上下起伏式波浪形碳毡流道都有利于电堆性能的提升，降低浓差极化影响以及流阻。
[0024](3)本专利技术通过增大均流流道凸台宽度，从而将碳毡流道转为交指流道的流动方
式，这种流道配合方式简单，碳毡受压也不易变形。
附图说明
[0025]图1是板框主体正面3D结构图。
[0026]图2是板框主体反面3D结构图。
[0027]图3是板框进口均流通道及局部放大图。
[0028]图4是板框出口均流通道及局部放大图。
[0029]图5是左右摆动式波浪形碳毡流道轨迹图。
[0030]图6是上下起伏式波浪形碳毡流道局部放大图。
[0031]图7是上下起伏式波浪形碳毡流道轨迹图。
[0032]图8是本专利技术涉及的上下起伏式波浪形碳毡布置方式。
[0033]图9是矩形式碳毡布置方式。
[0034]图10是无流道碳毡布置方式。
具体实施方式
[0035]如图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高功率液流电池板框及碳毡流道设计，包括板框主体和碳毡流道，所述板框主体上加工有呈中心对称分布的正极歧管进口、负极歧管进口和正极歧管出口、负极歧管出口；其特征在于：所述负极歧管进口和负极歧管出口通过均流通道与所述碳毡流道联通，所述碳毡流道采用交指流道形式；所述碳毡流道为左右摆动式波浪形或上下起伏式波浪形。2.如权利要求1所述的高功率液流电池板框及碳毡流道设计，其特征在于：所述负极歧管进口和所述均流通道之间，负极歧管出口和所述均流通道之间，均通过蛇形通道连接。3.如权利要求1或2所述的高功率液流电池板框及碳毡流道设计，其特征在于：所述均流通道分成多个分区流道，各个所述分区流道进口连接倾斜主通道；相邻的所述均流通道之间通过凸台间隔；所述碳毡流道包括间隔设置的被动进液流道和主动进液流道；位于所述负极歧管进口侧的扩散区均流通道与所述主动进液流道一端联通，位于所述负极歧管出口侧的扩散区均流通道与所述被动进液流道一端联通；所述被动进液流道和主动进液流道另一端被所述凸台封闭。4.如权利要求3所述的高功率液流电池板框及碳毡流道设计，其特征在于：所述凸台端部和分区流道的转角处设置为圆角。5.如权利要求3所述的高功率液流电池板框及碳毡流道设计，其特征在于：所述被动进液流道和主动进液流道宽度、深度一致，且间距a为流道宽度b的1~10倍，各个分区的所述凸台宽度为2
×
a+b；所述被动进液流道和主动进液流道与所述均流通道宽度、深度一致。6.如权利要求3所述的高功率液流电池板框及碳毡流道设计，其特征在于：进口侧的所述分区流道除两侧的所述分区流道外，其他各个所述分区流道几何结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐加辉，郭煌，
申请(专利权)人：海川太风水储能科技无锡有限公司，
类型：发明
国别省市：