液流电池用双极板和液流电池以及电池堆制造技术

本发明专利技术涉及液流电池技术领域，具体涉及一种液流电池用双极板和液流电池以及电池堆，所述双极板设置有流道区域，所述流道区域包括依次连通的进液口、供液分配流道和出液口，所述流道区域还包括相互间隔设置的多个分流模块，所述分流模块和所述流道区域的边缘之间以及相邻的分流模块之间形成所述供液分配流道，能够将从所述进液口进入双极板的液流先进行分流然后再进行汇流，最后汇聚从所述出液口流出。本发明专利技术提供的液流电池用双极板具有特定结构的供液分配流道，该供液分配流道呈现多通道多级汇集再分配的特点，有利于电解质浓度的传质均匀性，同时显著降低流阻，压降处于较低水平，有利于提高泵效。有利于提高泵效。有利于提高泵效。

【技术实现步骤摘要】
液流电池用双极板和液流电池以及电池堆


[0001]本专利技术涉及液流电池
，具体涉及一种液流电池用双极板和液流电池以及电池堆。

技术介绍

[0002]液流电池是一种电化学储能技术，利用充放电过程中正极和负极液相中活性物质的氧化还原反应实现能量的储存和释放，包括全钒液流电池、铁铬液流电池和锌溴液流电池等技术。液流电池的单电池主要由双极板、电极、膜和集流板组成。其中，双极板不仅起到导电的功能，而且起到分配电解质的功能。
[0003]传统的双极板流场结构有叉指形和蛇形。叉指形流场存在流阻大和电解质分配不均匀的问题；而相比于叉指形流场，蛇形流场在流阻方面有改善，但电解质浓度沿着蛇形流道不断下降，电解质浓度显著不均匀。双极板的流场结构对电解质的均匀性具有很大的影响。电解质越均匀，电解质在电极上的氧化还原反应就越均匀，从而可以避免局部反应剧烈和反应过热的问题。此外，双极板的流场结构也会影响电解质在电池堆中的流阻，进而影响泵效。如何提高液流电池中电解质传质的均匀性和泵效，对提高液流电池的稳定性和寿命具有重要的意义。
[0004]CN108987763A公开一种具有分级叉指形流场的液流电池双极板。该双极板的供液分配流道和排液分配流道分别设置有若干个分支流道，并使得末级供液分支流道与末级排液分支流道呈叉指状排列分布且互不连通，这样强迫电解液从末级供液分支流道中供应至多孔电极中再汇集到末级排液分支流道排出。分级叉指形流场可以灵活独立设计每一级流道的几何结构，在保持末级流道尺寸与传统结构相近的同时，增大了末级流道前各级流道的横截面积，能够进一步强化传质以及降低泵功损耗，提升电池电压效率及电池系统效率。该专利申请通过在叉指形流场的基础上设置次级叉指形流场，提高传质能力，可以一定程度上降低泵功损耗，但该专利申请并未体现传质均匀性的性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服现有的双极板流场在液流电池中电解质传质性能有待进一步提高的问题，提供一种液流电池用双极板和液流电池以及电池堆，该液流电池用双极板有利于电解质浓度的传质均匀性，同时流阻处于较低水平，能够提高泵效。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种液流电池用双极板，所述双极板设置有流道区域，所述流道区域包括依次连通的进液口、供液分配流道和出液口，所述流道区域还包括相互间隔设置的多个分流模块，所述分流模块和所述流道区域的边缘之间以及相邻的分流模块之间形成所述供液分配流道，能够将从所述进液口进入双极板的液流先进行分流然后再进行汇流，最后汇聚从所述出液口流出。
[0007]本专利技术第二方面提供一种液流电池，该液流电池包括正电极、负电极以及存在于正电极、负电极之间的隔膜，还包括与所述正电极相邻的第一双极板和与所述负电极相邻
的第二双极板；
[0008]所述第一双极板和第二双极板各自独立地为前述第一方面所述的双极板。
[0009]本专利技术第三方面提供一种电池堆，所述电池堆包括多个前述第二方面所述的液流电池。
[0010]通过上述技术方案，本专利技术提供的液流电池用双极板具有特定结构的供液分配流道，该供液分配流道呈现多通道多级汇集再分配的特点，有利于电解质浓度的传质均匀性，同时相对于现有的双极板显著降低流阻，压降处于允许范围(一般地，压降在0.1
‑
20kPa内都可以)的较低水平，有利于提高泵效。
[0011]进一步地，优选的具有特定结构的分流模块的电解质浓度的传质均匀性更好。其在1.22V电压下，四个区域内的电流密度分布分别为64.5、64.4、64.5和64.2mA/cm2，而现有的蛇形流道在相同条件下四个区域内的电流密度分布分别为56.3、64.3、64.5和64.9mA/cm2，由此可知，本专利技术的优选方案的电流密度分布的均匀性显著高于蛇形流道。
[0012]本专利技术提供的液流电池由于采用本专利技术特定的双极板，使得电解质在各流道中呈现汇合后再分配的特点，使得流场中电解质浓度分配更加均匀。
[0013]本专利技术的液流电池用于电池堆中，能够解决电池堆中的电解质分布不均匀而导致的电极上氧化还原反应局部过热的问题，有利于提高电池堆的稳定性和寿命。
附图说明
[0014]图1是本专利技术液流电池用双极板的一种具体实施方式的结构示意图；
[0015]图2是图1中A部分的放大图；
[0016]图3是本专利技术实施例1和对比例1的液流电池的压降随电解液流量的变化曲线。
[0017]图4是现有的具有蛇形流道的双极板的结构示意图。
[0018]附图标记说明
[0019]1‑
进液口
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ2‑
出液口
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ3‑
边缘
[0020]4‑
第一分流模块
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ5‑
第二分流模块
具体实施方式
[0021]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0022]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0023]本专利技术第一方面提供一种液流电池用双极板，如图1和图2所示，所述双极板设置有流道区域，所述流道区域包括依次连通的进液口1、供液分配流道和出液口2，所述流道区域还包括相互间隔设置的多个分流模块，所述分流模块和所述流道区域的边缘3之间以及相邻的分流模块之间形成所述供液分配流道，能够将从所述进液口1进入双极板的液流先
进行分流然后再进行汇流，最后汇聚从所述出液口2流出。
[0024]可以理解的是，所述流道区域是指双极板上可供电解液流通的区域。一般地，所述流道区域设置在双极板两侧表面上的中心位置。所述流道区域整体的形状既可以是常规的正方形或长方形(如图1所示)，也可以是其他的异形结构(例如圆形等)，优选为常规的正方形或长方形。
[0025]本专利技术，所述边缘3是指所述流道区域的轮廓线，即图1所示的正视图的轮廓线。
[0026]本专利技术中，可以理解的是，所述分流模块是通过在双极板上设置(例如以雕刻的方式设置)所述供液分配流道而形成的，分流模块也称为脊部。
[0027]本专利技术通过上述具有特定结构的流道区域的双极板，能够将电解液的液流先进行分流然后再进行汇流，多次重复前述分流后汇流的过程，最后汇聚而出，从而实现了电解质浓度的传质均匀性，同时显著降低流阻，压降处于较低水平，能够提高泵效。
[0028]本专利技术中，可以理解的是，本专利技术对进液口本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液流电池用双极板，所述双极板设置有流道区域，所述流道区域包括依次连通的进液口(1)、供液分配流道和出液口(2)，其特征在于，所述流道区域还包括相互间隔设置的多个分流模块，所述分流模块和所述流道区域的边缘(3)之间以及相邻的分流模块之间形成所述供液分配流道，能够将从所述进液口(1)进入双极板的液流先进行分流然后再进行汇流，最后汇聚从所述出液口(2)流出。2.根据权利要求1所述的液流电池用双极板，其特征在于，多个分流模块各自独立地为规则或不规则的形状；优选地，多个分流模块各自独立地为规则的形状；优选地，多个分流模块的形状相同，且形状为四边形、椭圆形和圆形中的一种；优选地，在所述流道区域内，多个分流模块呈规则的排布；优选地，在沿所述流道区域的水平方向和/或竖直方向上，相邻的两个分流模块的中心距离D为4
‑
50mm，更优选为5
‑
10mm。3.根据权利要求1或2所述的液流电池用双极板，其特征在于，所述分流模块包括第一分流模块(4)。4.根据权利要求3所述的液流电池用双极板，其特征在于，所述分流模块还包括第二分流模块(5)；优选地，在沿所述流道区域的水平方向和/或竖直方向上，所述第二分流模块(5)与所述第一分流模块(4)间隔排布；优选地，在所述流道区域内，每个第一分流模块(4)的上、下、左、右四个方向分别设置一个所述第二分流模块(5)。5.根据权利要求1
‑
4中任意一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓甜音，王翰林，刘庆华，
申请(专利权)人：北京低碳清洁能源研究院，
类型：发明
国别省市：