一种多元组件是通过交替堆积两种预组装件而形成的，即一种是双极电极保持组件，另一种是隔膜保持组件。交替元件堆被堆积在下端件上，通过在最后的隔膜保持件上放上一个顶端电极而完成堆积。每个双极板电极保持组件和每个离子交换膜保持组件包括一个基本上相似的矩形框架，它由不导电且耐化学试剂的材料制成并且通常是由模塑材料制成，它在其上表面（装配面）上具有容纳Ｏ形垫圈的槽，并且它具有一个从第一平面起内缩的内法兰部（１９）以及一个不导电的定位对接法兰（４，１５），它还具有处于配合位置上的通孔和凹槽，它们沿矩形框架的相反两侧设置，在完成装配时，它们形成了用于使阳性电解液和阴性电解液分头分别经过所有阳性电解液流动室和阴性电解液流动室级联循环流动的通槽。双极反应器没有用于这两种电解液的入口支路和出口支路，电解液按照锯齿形流动路线流动各流动室，即实质上按照液压串联或级联方式。最好在毡电极中形成两列平行流通通道。每一列形成了一个梳形流动分配通道网，其平行的指形通道与另一列的指形通道交错。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及在各阳性电解液和阴性电解液中进行还原氧化反应而没有在电极上生成出气体的电化学反应器。确切地说，本专利技术涉及用于实施氧化还原流动电池系统的隔膜式双极多元电化学反应器。氧化还原流动电池系统作为有效的能量转换系统越来越引人注目。在氧化还原电对选择物中，所有的钒反应系列是最优选的方案之一。在结构上，为氧化还原流动电池系统提出的电化学反应器是从为普通电解过程设计的电化学反应器中衍生而来的，唯一的改变就是用作电极的材料。通常，被用作氧化还原电池的电化学反应器传统地由通过离子交换膜隔开的双极板电极单元堆构成，它们在每片膜的一侧限定出一个阳性电解液流动室并在其另一侧限定出一个阴性电解液流动室。这摞双极单元堆以过滤装配方式被组装在两个端电极之间。这些单元一般具有一个带并列通孔的框架，这些通孔构成了用于两种电解液的多个出入管，即所述电解液分别通过阳性电解液流动室和阴性电解液流动室以并行方式循环流动。这些单元通常以垂直位置安装并且工作。象在氧化还原电池中电串联大量双极单元以便在电池两端获得足够电压的组装工作，定位无数用于密封各电解液流动室外周和框架通孔外周的垫圈以便形成这两种电解液的多个出入口管以及最后通过用拉杆压挤该堆的两个端件来压紧压滤组件是要非常小心翼翼并且需要专业技术人员的费时工作。就在不中断的电解液流体脉管中减小所谓杂散电流或旁路电流而言，电解液穿过各流动室的并行流动有严重问题，这是由于在管道中的电解液为杂散电流或漂移电流提供了无数通路，其中这样的电流是由存在于各双极单元之间的相互电压差驱动的，所述双极单元在两个端电极之间电串联工作，在所述两个端电极上始终存在着最大电池电压差。旁路电流或杂散电流降低了转换系统的能量效率，但更严重的是，由于在导体表面上存在很高的半电池电压，所以它们在导体件(如碳棒)上造成严重的腐蚀现象。另一方面，氧化还原系统需要较大的经过反应器电解液流动室的电解液流速以便在电极上保持最佳的半电池反应条件，而这种要求可能意味着需要在相对较高的正压力下使双极电化学反应器工作。与传统电化学工艺不同地，氧化还原流动电池系统还被预期用于环保汽车，而功率/重量比是一个很重要的参数。本专利技术的一个主要目的是提供一种用于在各阳性电解液和阴性电解液中进行半电池还原氧化反应而没有放出气体的隔膜式双极多元电化学反应器，它的结构因能通过允许水平堆叠彻底预组装的元件而组装起来更容易，其中一个组装在另一个顶上，并且它适用于在双极元件的同样水平定位的条件下工作。根据本专利技术的新型结构的一个基本方面，多元电池组件是通过交替堆叠两种预组装元件而形成的，其中一种是双极电极保持组件，另一种是膜保持组件。当然，交替的元件堆被堆叠在底端件上，通过把一个顶端电极件安放在最后的膜保持件上而完成堆积。随后，在该元件堆上通过拉紧许多拉杆而压紧这两个端电极件，所述拉杆一般布置在堆叠元件的四周，按照通常作法，借助有效安装在各元件框架的配合面之间的垫圈以液力密封方式紧固压滤堆叠元件。根据本专利技术结构的一个主要方面，每个双极板电极保持件和每个离子交换隔膜保持件包括基本上相似的矩形框件，它有不导电的且耐化学试剂的材料制成(通常是模塑材料)，它在其上表面(装配面)上具有容纳O形垫圈件的槽并且在并列位置上具有通孔和凹槽，这些孔和凹槽分别沿矩形框架的相反两侧设置，在完成装配时，它们构成了用于使阴性电解液和阳性电解液分头经过所有阴性电解液流动室和阳性电解液流动室的循环的通道。阴性电解液沿阴性电解液流动室的第一侧流入并流过该室而流向相反侧或第二侧并流出该室，随后流过保持电极的框架并列孔以及保持下个隔膜的框架，最后到达下个阴性电解液流动室的高度并从流出先前的阴性电解液流动室同样的第二侧流入，并从其流入先前的阴性电解液流动室的同样的第一侧流出该下个阴性电解液流动室，随后流过下一对框架的并列孔到达下个阴性电解液流动室的高度，并继续这样流动下去。按照通过电池的逆流或等流的方式，也为阳性电解液布置了相同的流道。实际上，双极电化学反应器没有用于两种电解液的入口支管和出口支管，相反地，电解液按照锯齿形路径经过各自的流动室，即实质上按照液压串列或级联方式，而不是液压平行方式。这样一来，旁路电流可以只由约一个单元电压的电压差驱动并且实际上可以忽略不计，最重要的是没有造成导电件腐蚀。这两种预组装元件被配合地“键合”起来以防止错误地交替堆积和错误地定位以及没有很准确地对准而形成双极电池。除了形状适当的键销和孔以及通孔位置和与流动室连通的槽部外，对于这两种元件来说，模塑框架基本上是相同的。实际上，每个框架具有一个从框架底面(装配面)起内缩的内法兰部，所述底面是具有容纳环绕电解液流通孔和所述室的外密封外周的O形垫圈的槽的那一面的相反面。在预组装这两种元件时，在内法兰部上安装了双极板电极或离子交换隔膜的一个边比较窄的外周部。这两种框架可以方便地由不同颜色或色调制成以便识别出谁被指定用于容纳双极板电极或离子交换膜。安装有离子交换膜或双极板电极的法兰部表面具有许多按顺序间隔的且伸出法兰表面外的定位销。板电极和离子交换隔膜明显分开并且配备有并列通孔，各自框架的定位销插入所述孔中。一个由不导电且耐化学试剂的材料形成(通常是与各自框架的颜色和材质相同的材料)的定位对接法兰也具有许多与定位销位置配合的孔并且它就功能而言安装在隔膜或板电极的外周部(属于特殊类型的框架)板电极或隔膜被安置在框架内缩法兰部上。定位对接法兰的固定定位是通过用热工具碾平定位销突出部并由此把双极板电极或离子交换膜永久固定在各框架的中心窗口内。其中装入定尺双极板电极和膜的框架窗的矩形形状尽可能减少了昂贵膜和双极板材的浪费。对接法兰的紧固有效地密封住了膜或双极板电极的外轮廓，由此防止了电解液混合，结果减少了垫圈数。如果需要，例如为了安装很薄的膜，也可以使用垫圈。这种布局允许颠倒此预组装元件，而不用担心安装的双极板电极或离子交换隔膜会掉落并因此允许简单地把O形垫圈安装在适当配有容槽的框架相反表面上。每个第一种预组装件可以被颠倒过来安放在元件堆的顶部，O形垫圈在将下一个另一种类预组装件安放在顶部之前可以被安放在各自槽中，其容易容放O形垫圈和另一个第一种预组装件如此进行下去，直到完成堆积。键销和孔除了迫使正确地交替堆积和定位双极板电极和隔膜预装件外还对元件平面产生正确取向作用，从而通孔和槽部彼此配合，由此实现了用于两种电解液的锯齿形串列流道。电池堆最好由分别由四个交替配对件构成的整数倍组件构成两个膜件和两个双极件，电池具有偶数单元。这样一来，每种电解液将从同一侧出入电池。通常并且最优选地，电极由碳纤维的多孔织物或席构成，它们与在导电双极板电极另一侧上的相似的电极结构电连续，从而形成基本上三维的有效面积大的电板结构，它相当深地进入有关电解液流动室中。这种适应提高在电极处的可允许半电池反应处理速度的需要而进行的配置与需要减小电动机所吸收能量的需要形成对比，所述电动机驱动这两种电解液的泵以使它们以足够的流动速率通过多个各自的流动室。当穿过所有流动室的电解液的平行流动从公用入口管流向公用出口管而级联地从一个室流向下个室并从堆积元件一端流向相对一端时，该问题更严重了。尽管级联方式对于消除因旁路电流的任何腐蚀问题很有效，但这必然意本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于在各自的阳性电解液和阴性电解液中进行半电池还原氧化反应而没有气体释放的隔膜式双极多元电化学反应器，它包括许多交替设置的双极板电极和离子交换隔膜件，其在每个隔膜一侧形成一个阳性电解液流动室并在隔膜另一侧形成一个阴性电解液流动室，这些元件按照压力过滤布置形式被密封地装配在两个端电极件之间，这两个端电极与一个在功能上包括一个迫使电流经过电化学反应器的电源或一个吸收来自电化学反应器的电流的耗电负载的电路电连通，所述双极板电极件和离子交换隔膜件包括一个由不导电且耐化学试剂的 材料制成的且与密封垫圈构件配合的框架部，并且具有在配合位置上的通孔和凹槽，在装配时，这些通孔和凹槽分别在所有所述阴性电解液流动室和所述阳性电解液流动室中级联地构成了用于使阴性电解液和阳性电解液分头循环的通槽，其特征在于，双极板电极件 和离子交换隔膜件的所有框架具有一个内法兰部，它从在具有用于容纳环绕电解液通槽流通孔和环绕一个密封外周的Ｏ形垫圈的框架另一面的相反侧上的框架第一平面起内缩，在所述密封外周上容纳着各双极板电极或离子交换隔膜的外周部；许多定位销伸出该法兰部的 表面并穿过板电极或隔膜装于其上的外周部的孔；一个由不导电且耐化学试剂的材料制成的并且具有与所述定位销的位置配合的孔的定位对接法兰，所述对接法兰就功能而言在板电极或隔膜的所述外周部范围内被安装在框架的所述内缩法兰部上并且通过突出到对接法兰 的所述配合孔外的所述定位销的热压平头而被永久地固定在其上；预组装的双极板电极件和隔膜件可以交替地以水平位置堆叠，其中在框架的所述另一个表面上装有面朝上的Ｏ形垫圈。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：巴里迈克尔布罗曼，安德利祖奇，
申请(专利权)人：斯奎勒尔控股有限公司，
类型：发明
国别省市：KY[开曼群岛]
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