液流电池用双极板、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领域，具体涉及一种液流电池用双极板、液流电池以及电池堆，该双极板上设置有电解液进口部和电解液出口部，且所述双极板不设置电解液流道，所述双极板的表面粗糙度Ra为0.05

【技术实现步骤摘要】
液流电池用双极板、液流电池以及电池堆


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

技术介绍

[0002]近年来，随着煤炭等化石能源的消耗及人类对能源需求的逐渐增加，能源形势变得十分严峻，传统化石能源为支撑的能源供应结构无法满足人类可持续发展的需要。大规模高效储能技术在该过程中占据重要的地位。在交通领域，电动车因为零排放和环保等优势被认为是目前广泛使用的内燃机车替代者，但是由于续航能力差，安全性差等缺点，其大规模推广仍然举步维艰。在电力领域，火力发电机需要储能技术进行调频，光伏和风能等新能源技术需要储能技术平滑输出，从而实现大规模上网。在信息通讯领域，大量的信号基站需要储能技术提供不间断电源，以防止通讯中断。在其他工作和生活领域，人们需要各种储能技术保证手机通讯、电脑供电、电器工作等任务。为适应不同领域的需要，目前已经得到开发和研究的储能技术有：压缩空气储能、抽水蓄能、飞轮储能和电化学储能等。
[0003]液流电池是一类电化学储能技术，一般利用充放电过程中正极和负极液相中活性物质价态的变化实现能量的储存和释放。目前已经开发成功的包括全钒液流电池、铁铬液流电池和锌溴液流电池等技术。液流电池具有独立的能量单元和功率单元，能量单元一般指电池的正极和负极电解液，电解液中活性物质的浓度和体积决定了液流电池的能量上限，功率单元一般指单电池或者电池堆，电解液流过电池堆内的电极，活性物质在电极表面发生反应，从而将化学能转化为电能，或者将电能转化为化学能。
[0004]液流电池的电堆主要由电极、隔膜、双极板、集流体等构成，其中双极板是液流电池的关键部件之一，起到连接不同单电池的正负极并导通电池内电路的作用，应具有良好的导电性、机械强度、耐化学氧化和电化学腐蚀的性能。双极板表面及结构的优化对液流电池性能有重要的意义，但这方面的报道相对较少。
[0005]CN205177936U公开了一种含变深流道的液流电池用双极板，正极电解液流道和负极电解液流道为深度均匀变化的流道，流道深度自正极/负极电解液进液口至正极/负极电解液出液口方向均匀降低，即靠近正极/负极电解液进液口侧流道深度较大，靠近正极/负极电解液出液口侧流道深度较小。该结构可以实现电解液沿进出液口方向速度逐渐增加，以速度梯度平衡浓度梯度引起的浓差极化对电池性能的影响，降低电池浓差极化电阻，提高电池的电压效率、电解液利用率和功率密度。
[0006]CN106876762A公开了一种含变宽变深交指流道的液流电池用双极板，双极板进液流道的宽度大于出液流道的宽度，且进液流道和出液流道的深度自进口至出口方向逐渐减小。该双极板可以进一步加强传质，实现电解液沿进出液口方向速度逐渐增加，以速度梯度平衡浓度梯度引起的浓差极化对电池性能的影响，降低电池浓差极化电阻，提高电池的电压效率、电解液利用率和功率密度。
[0007]但对于上述两种结构来说，电解液在流动过程中流动死区多，电解液仅能部分穿
过电极表面。
[0008]CN110192299A公开了一个目的在于提供双极板、单元框架、单元组和氧化还原液流电池，由此获得电解液的良好扩散并提高电池的反应性能，在该设计中，双极板的粗糙度在0.1
‑
25μm之间，该结构采用直接进液的方式，然而这种方式在组装过程中可能会导致双极板移位，从而导致电解液漏液。
[0009]如何高效优化双极板设计，提高液流电池的功率密度，是该技术实现进一步商业化亟待解决的问题。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的电化学性能有待进一步提高的问题，提供一种液流电池用双极板、液流电池以及电池堆。将本专利技术提供的双极板组装成液流电池，电池表现出优异的电化学性能，且具有制备工艺简单、成本低和环境友好的优点。
[0011]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，该双极板设置有电解液进口部和电解液出口部，且所述双极板不设置电解液流道，所述双极板的表面粗糙度Ra为0.05
‑
12.5μm；
[0012]其中，所述电解液进口部依次分为第一直筒段和扩径段；所述电解液出口部依次分为缩径段和第二直筒段。
[0013]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；所述液流电池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；
[0014]其中，所述第一双极板和第二双极板各自独立地为上述第一方面所述的双极板。
[0015]本专利技术第三方面提供一种电池堆，所述电池堆包括上述第二方面所述的液流电池。
[0016]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的粗糙度、电解液进口部和电解液出口部，组装成的液流电池表现出优异的电化学性能；而且，双极板具有制备性能优异、工艺简单、成本低和环境友好的优点。优选情况下，本专利技术提供的双极板具有平板结构，该双极板组装成全钒液流电池，电池表现出更加优异的电化学性能。
附图说明
[0017]图1是本专利技术提供的一种具体实施方式的液流电池用双极板的示意图；
[0018]图2是本专利技术提供的一种具体实施方式，沿电解液的流动方向，电解液进口部的剖面示意图，其中，箭头指向表示电解液的流动方向；
[0019]图3是本专利技术提供的一种具体实施方式，沿电解液的流动方向，电解液出口部的剖面示意图，其中，箭头指向表示电解液的流动方向；
[0020]图4是本专利技术提供的一种具体实施方式的液流电池。
[0021]附图标记说明
[0022]1、隔膜
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1、正电极
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2、负电极
[0023]3、密封件
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1、第一双极板
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2、第二双极板
[0024]5、集流体
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6、端板
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1、电解液进口部
[0025]7‑
11、第一直筒段
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12、扩径段
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2、电解液出口部
[0026]7‑
21、第二直筒段
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22、缩径段
具体实施方式
[0027]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。
[0028]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”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，其特征在于，该双极板上设置有电解液进口部和电解液出口部，且所述双极板不设置电解液流道，所述双极板的表面粗糙度Ra为0.05
‑
12.5μm；其中，沿电解液的流动方向，所述电解液进口部依次分为第一直筒段和扩径段；所述电解液出口部依次分为缩径段和第二直筒段。2.根据权利要求1所述的双极板，其中，所述双极板的表面粗糙度Ra为0.05
‑
9μm，优选为0.063
‑
7μm；优选地，所述双极板具有平板结构。3.根据权利要求1或2所述的双极板，其中，所述双极板的表面为磨砂结构；和/或所述双极板的表面喷涂有碳粉和/或活性炭层；和/或所述双极板的表面压有花纹状图案。4.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的双极板，其中，所述双极板厚度为2
‑
6mm，优选为2.5
‑
5mm；优选地，所述双极板的材质选自石墨/高分子复合材料、金属/高分子复合材料和石墨/金属复合材料的至少一种。5.根据权利要求1
‑
4中任意一项所述的双极板，其中，沿电解液的流动方向，所述第一直筒段和第二直筒段的剖面各自独立地为规则形状，优选为长方形、正方形；优选地，沿电解液的流动方向，所述扩径段和缩径段的剖面各自独立地为规则形状或不规则形状，优选为规则形状，更优选为长方形、正方形、梯形。6.根据权利要求1
‑
5中任意一项所述的双极板，其中，沿电解液的流动方向，所述扩径段具有的夹角α≥90
°
，优选为100
‑
150
°
；所述缩径段具有的夹角β≤90
°
，优选为30
‑
80
°
；优选地，所述扩径段的内径m和所述第一直筒段的内径n的比值为1.1
‑
15：1，优选为2
‑
1...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨虹，范永生，缪平，黄群健，刘庆华，贾志军，阳雪，
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：