一种全钒液流电池一体化电极框及电堆制造技术

技术编号：43297727 阅读：15 留言：0更新日期：2024-11-12 16:14

本发明专利技术申请的一种全钒液流电池一体化电极框及电堆，包括：主框体，主框体中部镂空且正反两面的下上部分均设有电解液流道；主框体的正面设有离子膜安装槽，反面设有第一电极凹槽；第一盖板，第一盖板中部镂空且朝向主框体正面的表面上设有第二电极凹槽，第一电极凹槽和第二电极凹槽的边缘内侧均设有与进液流道连通的齿状流道槽，第二电极凹槽的边缘外侧设有嵌于离子膜安装槽内的凸起压膜部；第二盖板，第二盖板至少中部镂空；第一盖板和第二盖板分别嵌合于主框体正反两面的盖板安装槽内且至少覆盖所有电解液流道区域。本技术方案不仅可以有效将传统零散部件连接为一体化结构，而且减少了电解液泄漏的可能途径，提高了电堆的密封性能。

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【技术实现步骤摘要】

本申请属于液流电池，具体涉及一种全钒液流电池一体化电极框及电池电堆结构。

技术介绍

1、液流电池是一种高效的电化学储能技术。液流电池工作介质是电解液，一般为酸性液体，电解液的流失不仅会引起充放电能量的下降，而且会造成环境污染或引起安全事故。在整个液流电池系统中，电堆是其核心功率组件，而且也是整个系统密封最薄弱的部件。液流电池电堆由电极、离子传导膜、电极边框、双极板、集流板、端板等多部件组成，任何一个环节如果密封出现问题都会导致严重后果，因此如何通过结构设计实现电堆的可靠连接是一个技术难题。

2、现有技术的电堆设计通常如图1所示，将双极板(图中1和1’)、电极框(图中2和2’)、电极(图中3和3’)、离子膜(图中4)等部件层叠压滤式组装，即将双极板、电极框、电极、离子膜、密封线等关键部件叠放(一般是几十个单电池上下堆叠)，然后再在最外层使用端板(图中5和5’)通过弹簧整体施加预紧力保证密封性。由于部件众多，且平面面积较大，因此一方面密封设计较为困难，虽然常规做法是用线密封或凹凸结构来解决，但由于需要考虑防漏的环节太多，在工业规模生产中实现较为困难；而另一方面的影响则是装配繁琐效率低、成本高，同样也成为了全钒液流电池商业化难以进展的阻碍。

3、为此，有的现有技术做了改进，比如将电极框与双极板一体化设计，虽然减少了装配量但显然不能够对关键的离子膜密封方面做出良好的效果提升；或虽然电极框和离子膜进行一体化，但缺少各部件之间的可靠连接，也没有防腐蚀的结构设计，电池运行的可靠性不佳，并且电解液流道的设计也成为难点。</p>

技术实现思路

1、鉴于现有技术的上述缺点、不足，本专利技术提供一种全钒液流电池一体化电极框及电堆结构，以解决现有技术中液流电池零部件多组装繁琐成本高、各部件之间密封连接困难易漏液易腐蚀的技术问题。

2、为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：

3、第一方面，本专利技术实施例中提供了一种全钒液流电池一体化电极框，包括：主框体，所述主框体中部镂空且正反两面的下上部分均设有电解液流道；所述主框体的正面设有离子膜安装槽，反面设有第一电极凹槽；第一盖板，所述第一盖板中部镂空且朝向所述主框体正面的表面上设有第二电极凹槽，所述第一电极凹槽和所述第二电极凹槽的边缘内侧均设有与所述进液流道连通的齿状流道槽，所述第二电极凹槽的边缘外侧设有嵌于所述离子膜安装槽内的凸起压膜部；第二盖板，所述第二盖板至少中部镂空；所述第一盖板和第二盖板分别嵌合于所述主框体正反两面的盖板安装槽内且至少覆盖所有电解液流道区域。

4、进一步的，所述电解液流道底部设有变径斜坡，其中电解液流向电极方向的所述斜坡坡度升高，电解液流出电极方向的所述斜坡坡度降低。

5、进一步的，所述电解液流道包括横向布置的主流道、若干纵向间隔设置的次级流道和分流道，所述变径斜坡设置于所述主流道；所述次级流道的一端与所述齿状流道槽连接，另一端与所述分流道连接；所述分流道连接所述主流道。

6、进一步的，所述第二盖板包括彼此分离的上盖板和下盖板；所述凸起压膜部为环绕所述第二电极凹槽的凸起框结构。

7、进一步的，所述盖板安装槽的边缘贴近所述主框体的边缘，所述离子膜安装槽位于所述盖板安装槽区域内且所述离子膜安装槽的范围大于所述第一电极凹槽和所述第二电极凹槽的范围。

8、进一步的，位于所述电极框的斜对角上分别设有电解液的进液通道和出液通道；所述进液通道和出液通道分别贯穿所述第一盖板、所述主框体和所述第二盖板且位于各自所对应的所述电解液流道端部。

9、进一步的，所述主框体的上下边缘处还设有用于装配连接所述电极框的内限位孔和用于装配连接其他部件的外限位孔。

10、进一步的，所述第一盖板和所述第二盖板与所述盖板安装槽的之间设有密封线，所述离子膜安装槽内设有环形密封线槽。

11、第二方面，本专利技术实施例还提供了一种全钒液流电池电堆，包括上述一体化电极框和离子膜、正负电极、双极板；每块所述双极板与所述电极框整体等大且分别位于所述电极框的两侧；所述离子膜安装于所述离子膜安装槽内，所述正负电极分别对应地安装于所述第一电极凹槽和所述第二电极凹槽内。

12、进一步的，所述离子膜和所述电极框之间通过激光加热热熔胶焊接；所述电极框彼此之间通过所述主框体边缘的内限位孔连接固定，所述双极板通过所述主框体边缘的外限位孔连接固定。

13、进一步的，电堆还包括最外两侧的端板，所述端板通过所述外限位孔连接固定。

14、本专利技术的有益效果：

15、该技术方案，一方面可以有效将传统零散的离子膜、电极框和正负电极连接为一体化结构，后续组装时，只要依次交替连接该一体化电极框、双极板即可，提高产品量产；另一方面，减少了电解液泄漏的可能途径，提高了电堆的密封性能，电池运行稳定性明显提高。具体来说：(1)由于主框体正面和背面都设置了电解液流道，为避免相互之间存在干涉，变径斜坡的设计可以压缩流道的深度，既保证了流道的流通面积又保证了电池框板的厚度；而电解液流道和第一、第二电极凹槽上的齿状流道槽相互配合形成多层流道设计，有效保证电池反应的运行；(2)第一盖板和第二盖板不仅可以起到将电极、离子膜等部件组装固定，还可以将避免非电极区域(流道内)的电解液与双极板接触后，在高电流密度下发生的局部极化产生电腐蚀；(3)离子膜安装槽内的密封结构和盖板安装槽内的密封结构分别形成内层面密封和外层密封，有效防止电解液内漏或外漏的问题；(4)本技术方案中的结构，无论是主框体还是第一盖板、第二盖板，都易于加工成型，降低量产成本；(5)第一盖板上的凸起压膜部，不仅可以装配电极，还可以提高一体化电极框整体装配适配性，同时涵盖压膜功能和防电腐蚀功能；(6)主框体边缘的内外限位孔可以方便个部件的连接，一体化电极框可以简化液流电池电堆结构，减少了电堆装配的部件数量，电堆的体积明显减小，储能系统成本有效降低。

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【技术保护点】

1.一种全钒液流电池一体化电极框，其特征在于包括：

2.如权利要求1所述的一种全钒液流电池一体化电极框，其特征在于所述电解液流道底部设有变径斜坡，其中电解液流向电极方向的所述斜坡坡度升高，电解液流出电极方向的所述斜坡坡度降低。

3.如权利要求2所述的一种全钒液流电池一体化电极框，其特征在于所述电解液流道包括横向布置的主流道、若干纵向间隔设置的次级流道和分流道，所述变径斜坡设置于所述主流道；所述次级流道的一端与所述齿状流道槽连接，另一端与所述分流道连接；所述分流道连接所述主流道。

4.如权利要求1所述的一种全钒液流电池一体化电极框，其特征在于所述第二盖板包括彼此分离的上盖板和下盖板；所述凸起压膜部为环绕所述第二电极凹槽的凸起框结构。

5.如权利要求1所述的一种全钒液流电池一体化电极框，其特征在于所述盖板安装槽的边缘贴近所述主框体的边缘，所述离子膜安装槽位于所述盖板安装槽区域内且所述离子膜安装槽的范围大于所述第一电极凹槽和所述第二电极凹槽的范围。

6.如权利要求1所述的一种全钒液流电池一体化电极框，其特征在于位于所述电极框的

7.如权利要求1所述的一种全钒液流电池一体化电极框，其特征在于所述主框体的上下边缘处还设有用于装配连接所述电极框的内限位孔和用于装配连接其他部件的外限位孔。

8.如权利要求1所述的一种全钒液流电池一体化电极框，其特征在于所述第一盖板和所述第二盖板与所述盖板安装槽的之间设有密封线，所述离子膜安装槽内设有环形密封线槽。

9.一种全钒液流电池电堆，其特征在于包括如权利要求1-8所述的一体化电极框和离子膜、正负电极、双极板；每块所述双极板与所述电极框整体等大且分别位于所述电极框的两侧；所述离子膜安装于所述离子膜安装槽内，所述正负电极分别对应地安装于所述第一电极凹槽和所述第二电极凹槽内。

10.如权利要求9所述的一种全钒液流电池电堆，其特征在于所述离子膜和所述电极框之间通过激光加热热熔胶焊接；所述电极框彼此之间通过所述主框体边缘的内限位孔连接固定，。所述双极板通过所述主框体边缘的外限位孔连接固定。

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【技术特征摘要】

1.一种全钒液流电池一体化电极框，其特征在于包括：

6.如权利要求1所述的一种全钒液流电池一体化电极框，其特征在于位于所述电极框的斜...

【专利技术属性】
技术研发人员：何伟挺，林朱凡，黄文君，张虔诚，周杰，秦颖佳，
申请(专利权)人：中控技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：

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