一种液流电池结构制造技术

本发明专利技术提供一种液流电池的结构。该电池由正极侧电池端板、正极集流板、正极分流电极框、正极电极、正极汇流电极框、离子膜、负极汇流电极框、负极电极、负极分流电极框、负极集流板、负极电池端板以及各部件间的密封材料组成。该电池结构区别于常规的液流电池中电解液流通方式，采用电极几何尺寸中最小的厚度方向作为电解液的流通方向，其流动阻力相比流经整个电极长度或宽度的方式下降了约两个数量级，而相比于燃料电池的交指流道或蛇形流道的方式来说，流动阻力亦有下降。电解液快速分布、快速流通的方式提高了电极中电解液浓度的分布均匀性，可以显著降低浓差极化，提高电池的电压效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种液流电池结构


[0001]本专利技术涉及一种液流电池结构，特别涉及液流电池流动方式以及构成。

技术介绍

[0002]伴随着人类进入新世纪，社会的快速发展对能源的需求日益增加，传统的化石能源过度开采，大量的二氧化碳排放导致环境问题频发，已经到了各国政府不得不重视的地步。中国政府已经提出了“碳达峰”和“碳中和”的概念，将其作为一项政治任务列入到政府的工作中。实现“碳达峰”和“碳中和”离不开可再生能源的应用。只有依靠大规模利用可再生能源，降低传统化石能源在能源结构中的比重，才可能实现上述目标。众所周知，可再生能源具有不连续、不稳定的特点，大规模并网会导致电网的瘫痪，因此需要一种中间装置来消减可再生能源对电网的不利影响。储能技术应运而生，通过能源的及时储存和释放来抵消可再生能源的不稳定，进而提高电能质量。储能技术中的化学储能近年来发展势头迅猛，以传统的铅蓄电池和锂电池为主，已经建设了几百兆瓦的储能电站。但是其安全性却成为了该类储能电站最大的隐患，尤其近年来起火爆炸事件频发，对人身安全和财产安全带来了巨大的损失。液流电池电解液不含易燃有机成分，具有本征安全的特点，可以深充深放，寿命可达15年之久。正因为如此，液流电池发展势头迅猛，其特点更适合于长时储能要求的场景中。
[0003]液流电池系统主要有电池、电解液储罐、电解液以及管路系统构成。其中电池是液流电池系统中最关键的部件，决定了系统的性能和可靠性，是发生化学反应的关键场所。对于提高电池系统的性能，关键在于提高电池的电压效率。通过对电池欧姆极化、电化学极化和浓差极化的抑制来提高电压效率。对于高工作电流密度的电堆而言，其浓差极化的控制成为极化控制的主要问题。同时电池内的流动阻力应尽可能的低，降低阻力以泵功率对多余能源的需求。因此开发低流阻、高电解液分布均匀性、低浓差极化的电池结构，对于提升电池系统的性能有至关重要的作用。

技术实现思路

[0004]为了降低电池内部的流动阻力、提高电解液分布的均匀性，降低电堆的浓差极化。本专利技术提供一种液流电池的结构。
[0005]该电池包括依次层叠的正极侧电池端板、正极集流板、正极分流电极框、正极电极、正极汇流电极框、离子传导膜、负极汇流电极框、负极电极、负极分流电极框、负极集流板、负极电池端板；
[0006]正极分流电极框和负极分流电极框分别为一平板，在平板靠近正极电极一侧与正极电极接触区域设有作为电解液流道的凹槽。
[0007]在正极分流电极框上设有作为正极电解液入口的通孔和作为正极电解液出口的通孔，正极电解液入口与正极分流电极框上的电解液流道相连通，正极电解液入口与正极侧电池端板上的正极电解液进口相连通；
[0008]在负极分流电极框上设有作为负极电解液入口的通孔和作为负极电解液出口的通孔，负极电解液入口与负极分流电极框上的电解液流道相连通，负极电解液入口与负极侧电池端板上的负极电解液进口相连通；
[0009]正极汇流电极框和负极汇流电极框分别为一平板，在平板与正极电极接触区域设有作为电解液流道的通孔。于正极汇流电极框上设有作为正极电解液流出口的通孔，正极电解液流出口与正极汇流电极框上的电解液流道的通孔相连通，正极电解液流出口与正极分流电极框上的正极电解液出口以及正极侧电池端板上的正极电解液排出口相连通。于负极汇流电极框上设有作为负极电解液流出口的通孔，负极电解液流出口与负极汇流电极框上的电解液流道的通孔相连通，负极电解液流出口与负极分流电极框上的负极电解液出口以及负极侧电池端板上的负极电解液排出口相连通。
[0010]上述的电池结构中，正极和负极电解液分别通过正极和负极电池端板的电解液进口，分别流入正极分流电极框和负极分流电极框中。正极和负极电解液分别在正极和负极的电极表面分布，并沿电极表面法向向电极内渗入，穿过电极厚度方向后分别流入正极汇流电极框和负极汇流电极框中，最终分别通过正极和负极电池端板上的电解液排出口流出电池。
[0011]上述的电池结构中，正极集流板与正极电极之间的正极分流电极框和负极电极与负极集流板之间的负极分流电极框是导电体。所述正极汇流电极框和负极汇流电极框中分别与正极电极和负极电极接触的部分，可以是导电体或者是非导电体，优选导电体。
[0012]上述的电池结构中，正极汇流电极框和负极汇流电极框中分别与正极电极和负极电极接触的部分，可以是无孔材料或多孔材料，优选多孔材料；多孔材料的孔隙率为电极多孔材料孔隙率的0.05
‑
0.5倍，优选0.1
‑
0.2倍。
[0013]上述的电池结构中，电解液流道可为蛇形流道、交指流道中的一种或二种以上。多孔材料的电极为碳毡、碳纸、碳布中的一种或二种以上。
[0014]该电池结构区别于常规的液流电池中电解液流通方式，采用电极几何尺寸中最小的厚度方向作为电解液的流通方向，其流动阻力相比流经整个电极长度或宽度的方式下降了约两个数量级，而相比于燃料电池的交指流道或蛇形流道的方式来说，流动阻力亦有下降。电解液快速分布、快速流通的方式提高了电极中电解液浓度的分布均匀性，可以显著降低浓差极化，提高电池的电压效率。
[0015]本专利技术具有如下优点：
[0016]1、本专利技术的电池结构中的电解液流通方式，采用电极几何尺寸中最小的厚度方向作为电解液的流通方向，其流动阻力相比传统液流电池结构，下降约两个数量级。极大的降低了电池系统的管路阻力和泵功率，提高了整个系统的能量效率；
[0017]2、本专利技术的电池结构中的电解液流通方式，电解液快速分布、快速流通的方式提高了电极中电解液浓度的分布均匀性，可以显著降低浓差极化，提高电池的电压效率。
附图说明
[0018]图1为常规的液流电池的电池结构；
[0019]其中1.正极侧电池端板；2.正极集流板；3.正极电极框；4.正极电极；5.离子传导膜；6.负极电极；7.负极电极框；8.负极集流板；9.负极侧电池端板。
[0020]图2为本专利技术提出的液流电池的电池结构；
[0021]其中10.正极分流电极框；11.正极汇流电极框；12.负极汇流电极框；13.负极分流电极框
[0022]图3为图2中液流电池结构中10.正极分流电极框和13.负极分流电极框的正面(左)和反面(右)结构；
[0023]其中14.正极(在10.正极分流电极框中)或负极(在13.负极分流电极框中)电解液入口；15.作为电解液流道的凹槽；16.正极分流电极框上容置正极电极的区域或负极分流电极框容置负极电极的区域。17.正极电解液出口(在10.正极分流电极框中)或负极电解液出口(在13.负极分流电极框中)。
[0024]图4为图2中液流电池结构中11.正极汇流电极框和12.负极汇流电极框的正面(左)和反面(右)结构；
[0025]其中18.正极(在11.正极汇流电极框中)或负极(在12.负极汇流电极框中)电解液流出口；19.汇流电极框与电极接触区域所设的作为电解液流道的通孔；20.正极汇流电极框上容置正极电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液流电池结构，其特征在于：该电池包括依次层叠的正极侧电池端板、正极集流板、正极分流电极框、多孔材料的正极电极、正极汇流电极框、离子传导膜、负极汇流电极框、多孔材料的负极电极、负极分流电极框、负极集流板、负极电池端板；正极分流电极框和负极分流电极框分别为一平板，于平板靠近正极电极一侧与正极电极接触区域设有作为电解液流道的凹槽；于正极分流电极框上设有作为正极电解液入口的通孔和作为正极电解液出口的通孔，正极电解液入口与正极分流电极框上的电解液流道相连通，正极电解液入口与正极侧电池端板上的正极电解液进口相连通；于负极分流电极框上设有作为负极电解液入口的通孔和作为负极电解液出口的通孔，负极电解液入口与负极分流电极框上的电解液流道相连通，负极电解液入口与负极侧电池端板上的负极电解液进口相连通；正极汇流电极框和负极汇流电极框分别为一平板，于平板与正极电极接触区域设有作为电解液流道的通孔；于正极汇流电极框上设有作为正极电解液流出口的通孔，正极电解液流出口与正极汇流电极框上的电解液流道的通孔相连通，正极电解液流出口与正极分流电极框上的正极电解液出口以及正极侧电池端板上的正极电解液排出口相连通；于负极汇流电极框上设有作为负极电解液流出口的通孔，负极电解液流出口与负极汇流电极框上的电解液流道的通孔相连通，负极电解液流出口与负极分流电极框上的负极电解液出口...

【专利技术属性】
技术研发人员：李先锋，邢枫，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：