一种液流单电池结构单元及液流电池电堆制造技术

本发明专利技术公开了一种液流单电池结构单元及液流电池电堆，液流单电池结构单元依次包括第一碳毡、第一流场框、离子传导膜、第二碳毡、第二流场框和双极板，其中，离子传导膜与第一流场框固定连接，双极板与第二流场框固定连接；第一流场框和第二流场框结构相同，均为中间设有矩形孔洞的长方形框体，其四角分别设置有通孔；与第一碳毡或第二碳毡相邻的一侧的两个长边框设置有凹槽型导流通道，且两个凹槽型导流通道分别与同一端的两个通孔连通，一个通孔作为电解液的入口，另一个通孔作为电解液的出口；第二流场框和第一流场框互为180

【技术实现步骤摘要】
一种液流单电池结构单元及液流电池电堆


[0001]本专利技术属于电化学储能
，具体涉及一种液流单电池结构单元及液流电池电堆。

技术介绍

[0002]随着可再生能源的普及应用，其在能源供应结构中的比例逐渐提高，并逐步由辅助能源转化为主导能源，支撑人类社会持续发展。但是，以风能、太阳能为代表的可再生能源自身的不稳定性、不连续特性对电网产生严重冲击。大规模高效储能技术成为实现可再生能源发电规模化利用的关键技术，也是建设智能电网、提高电网对不连续、不稳定的可再生能源发电接纳能力的瓶颈技术，是国家实现能源安全、经济可持续发展的重大需求。
[0003]在众多的储能技术中，电化学储能技术因其效率高、环境友好而发展迅速。液流电池作为电化学储能技术的典型装置，具有效率高、循环寿命长、容量和功率可以独立设计、响应快、安全性高、生命周期内性价比高等突出的优势，尤其适合于大规模储能。目前，多个国家已相继建成kW～MW级的液流电池示范系统，配套于太阳能、风能等可再生能源发电系统起到平滑输出、跟踪计划发电、平衡负荷和削峰填谷等作用。
[0004]随着近年来成本的快速下降、商业化应用逐渐成熟，液流电池的优势愈专利技术显，开始逐渐成为储能新增装机的主流，且未来仍有较大的成本下降空间，发展前景广阔。因此，加强液流电池储能系统里面单电池结构的研究，对于提高电池整体效率，降低储能系统成本显得尤为重要。
[0005]传统的液流单电池的结构如图1所示，电池以隔膜600为中心，呈对称分布，两侧依次为密封垫300，电极500，电极框400，密封垫300，双极板200以及电池端板100，电解液流道通常加工在双极板的表面或者在流场框内单独嵌入一个流道框，这两种方式均存在一定的缺陷：双极板容易受电池液流强酸和强碱的影响而发生化学腐蚀和电化学腐蚀，进而影响电池性能；而在流场框内单独嵌入流道框的方式，安装工艺比较复杂，也会增加材料成本，而且流场框和流道框的安装密封也容易出现问题。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种液流单电池结构单元及液流电池电堆。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0007]本专利技术提供了一种液流单电池结构单元，依次包括第一碳毡、第一流场框、离子传导膜、第二碳毡、第二流场框和双极板，其中，
[0008]所述离子传导膜与所述第一流场框固定连接，所述双极板与所述第二流场框固定连接；
[0009]所述第一流场框和所述第二流场框结构相同，均为中间设有矩形孔洞的长方形框体，其四角分别设置有通孔；与所述第一碳毡或所述第二碳毡相邻的一侧的两个长边框设置有凹槽型导流通道，且两个所述凹槽型导流通道分别与同一端的两个通孔连通，一个通
孔作为电解液的入口，另一个通孔作为电解液的出口；所述第二流场框和所述第一流场框互为180
°
水平翻转设置；
[0010]对所述入口注入电解液，所述电解液经连通的凹槽型导流通道流经所述第一碳毡或所述第二碳毡后，进入对侧的凹槽型导流通道流回所述出口，完成电解液在单体电池内部的一次循环。
[0011]在本专利技术的一个实施例中，所述第一流场框和所述第二流场框的长宽比均为2.5:1
‑
5:1。
[0012]在本专利技术的一个实施例中，所述矩形孔洞的长宽比为5.5:1
‑
7:1。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，所述凹槽型导流通道包括多个一级导流通道、多个二级导流通道和多个三级导流通道，其中，
[0014]每一个所述一级导流通道的一端连通有一所述液流通孔，另一端连通有二级导流通道，且所述二级导流通道在流场框的内边沿等距分布；
[0015]所述多个三级导流通道均匀贯通设置于流场框与所述矩形孔洞相邻的两个长边内沿处，且与所述二级导流通道连通。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，所述多个一级导流通道的形状不同，长度相同，容积相同。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，所述二级导流通道包括多个间隔部及间隔部两侧的流道，且所述间隔部为奇数，最中间的间隔部的上表面中间位置设置有正对所述一级导流通道的钝角三角形状凸起缓冲装置，以将经过所述一级导流通道的电解液的均匀通过所述二级导流通道的间隔部两侧的流道进入所述三级导流通道。
[0018]在本专利技术的一个实施例中，所述矩形孔洞在与设置有凹槽型导流通道相对的一侧的四周为单层台阶状凹台，且所述凹台的深度与所述双极板和所述离子传导膜的厚度相同。
[0019]在本专利技术的一个实施例中，所述离子传导膜与所述第一流场框通过粘接的方式固定连接；所述双极板与所述第二流场框通过焊接的方式固定连接。
[0020]在本专利技术的一个实施例中，所述焊接为激光焊接，激光功率为20W
‑
30W，波长为980nm。
[0021]本专利技术还提供了一种液流电池电堆，包括多个上面任一项所述的液流单电池结构单元。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0023]本专利技术实施例的液流单电池结构单元及液流电池电堆，通过优化流场框和矩形孔洞的外形和长宽比例，并结合流场框上凹槽型导流通道的特殊设计和合理布局，使电解液通过凹槽型导流通道到达电极区时，流速均匀，压力稳定，促进电解液离子充分反应，提高单体电池及电堆的性能。此外，本专利技术的流场框的结构以及其与双极板和离子传导膜的固定方式，减小了液流电池结构单元及整个液流电池电堆的厚度，既可以减少储能系统空间需求，又可以实现单位体积电解液功率增加的效果，提升了电堆的性能；该液流电池结构单元不再需要通过层间设置密封垫来实现密封，各流场框之间通过紧密贴合连接，在形成液流电池电堆时通过外部各侧面的热熔焊接，可以实现更好的密封效果。
附图说明
[0024]图1是传统的液流单电池的结构示意图；
[0025]图2是本专利技术实施例提供的一种液流单电池结构单元各部件的结构示意图；
[0026]图3是本专利技术实施例提供的一种液流单电池结构单元流场框与双极板、离子传导膜固定后的结构示意图；
[0027]图4是本专利技术实施例提供的一种流场框的背面结构示意图；
[0028]图5是本专利技术实施例提供的一种流场框的结构示意图；
[0029]图6是本专利技术实施例提供的一种流场框的局部结构示意图。
[0030]附图标记说明：
[0031]1‑
第一碳毡；2
‑
第一流场框；3
‑
离子传导膜；4
‑
第二碳毡；5
‑
第二流场框；6
‑
双极板；7
‑
凹台；8
‑
一级导流通道；9
‑
二级导流通道；10
‑
三级导流通道；11
‑
间隔部；12
‑
凸起缓冲装置；13
‑
流道；100
‑
电池端板；200
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液流单电池结构单元，其特征在于，依次包括第一碳毡(1)、第一流场框(2)、离子传导膜(3)、第二碳毡(4)、第二流场框(5)和双极板(6)，其中，所述离子传导膜(3)与所述第一流场框(2)固定连接，所述双极板(6)与所述第二流场框(5)固定连接；所述第一流场框(2)和所述第二流场框(5)结构相同，均为中间设有矩形孔洞的长方形框体，其四角分别设置有通孔；与所述第一碳毡(1)或所述第二碳毡(4)相邻的一侧的两个长边框设置有凹槽型导流通道，且两个所述凹槽型导流通道分别与同一端的两个通孔连通，一个通孔作为电解液的入口，另一个通孔作为电解液的出口；所述第二流场框(5)和所述第一流场框(2)互为180
°
水平翻转设置；对所述入口注入电解液，所述电解液经连通的凹槽型导流通道流经所述第一碳毡(1)或所述第二碳毡(4)后，进入对侧的凹槽型导流通道流回所述出口，完成电解液在单体电池内部的一次循环。2.根据权利要求1所述的液流单电池结构单元，其特征在于，所述第一流场框(2)和所述第二流场框(5)的长宽比均为2.5:1
‑
5:1。3.根据权利要求1所述的液流单电池结构单元，其特征在于，所述矩形孔洞的长宽比为5.5:1
‑
7:1。4.根据权利要求1所述的液流单电池结构单元，其特征在于，所述凹槽型导流通道包括多个一级导流通道(8)、多个二级导流通道(9)和多个三级导流通道(10)，其中，每一个所述一级导流通道(8)的一端连通有一所述液流通孔，另一端连通有二级导流通道(9)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文东，杨淮荣，李卫卫，
申请(专利权)人：扬州西融储能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：