一种全钒液流电池，其液流框板开有进、出液孔，液流框板正面开有进、出液支路流道，各液流框板依次按正面对正面、背面对背面的顺序交替排列，相邻液流框板相对正面之间夹有离子交换膜，相邻液流框板相对背面之间夹有导电板，液流框板内框中装有电极，电极的宽高比为3～15，电极的高度为1～25cm，电极的宽度≤200cm。该全钒液流电池采用大宽高比、低高度、大宽度的电极，结构简单，组件少、厚度小、体积小、内阻小、加工容易、组装方便、钒电解液在电极内部的传质效果好、扩散极化小，自放电电流小，功率密度、钒利用率和能量效率高，成本低，效益高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于液流电池领域，特别涉及全钒液流电池。
技术介绍
在世界经济艰难复苏、传统能源日益匮乏、地球环境日趋恶化的今天，ー场对人类社会影响极其重大深远的新能源产业革命浪潮正在席卷全球！新能源固有的随机性、波动性、间歇性、调峰难、并网难特性，决定了其规模化发展必须要有先进的储能技术作支撑。全钒液流电池通过不同价态的钒电解液自下而上通过电极循环流动进行电化学反应，从而实现化学能和电能的相互转换。全钒液流电池是当今世界上规模最大、技术最先进、最接近产业化的高效充电燃料电池，具有功率大、能量大、效率高、成本低、寿命长、无污染等优点，在光伏发电、风カ发电、分布电站、电网调峰、通讯基站、UPS/EPS电源、交通市政、军用蓄电等广阔领域具有良好应用前景，即将为人类带来前所未有、意义重大深远的新能源产业革命！全钒液流电池的电化学反应、标准电极电位和标准电动势如下负极V2+—e=V3+E0=-O. 25V (I)正极V02++2H++e=V02++H20E0=LOOV (2)电池V2++V02++2H+=V3++V02++H20E0=L 25V (3)全钒液流电池由电堆、钒电解液储罐、循环泵、管路、充放电等模块组成。电堆由单片电池串联组成。单片电池由离子交換膜、电极、导电板、液流框板、密封圈构成。电极由石墨毡构成，装在液流框板内，位于离子交換膜和导电板之间。液流框板的上部、下部分别设有钒电解液进液、出液支路流道。在循环泵压力作用下，储罐中的钒电解液通过主路进液流道流进电堆，经单片电 池液流框板下部的支路进液流道均匀分流后自下而上均匀流过单片电池电极微孔流道进行电化学反应，反应后的钒电解液经过单片电池液流框板上部的支路进液流道均匀汇流后流出电堆，再通过主路出液流道流回储罐中。在全钒液流电池出现的早期，电堆的功率不大，单片电池的电极面积较小，电极的宽度和高度接近，电极的宽高比介于I I. 5之间，单片电池外形接近正方形，制作出的电堆外形美观，性能出色。后来人们在开发更大功率的电堆吋，通常參照小功率的电堆进行设计，开发出的大功率电堆通常由小功率电堆按比例逐步放大得到，电极的宽高比仍介于I I. 5之间，单片电池的外形仍然接近正方形，很少有人在开发大功率电堆时认真考虑电极的宽高比问题，也没有人意识到电极的宽高比对大功率电堆的功率密度、钒利用率和能量效率存在重大影响，其主要原因有三个第一、电极宽高比介于I I. 5之间、单片电池外形接近正方形已经成为ー种常识和思维定势，根深蒂固地植入到设计人员的脑海中，没有人愿意作出改变。所以人们在设计大功率电堆时，出于习惯性的思维方式，仍然把电极的宽高比设计成介于I I. 5之间，单片电池的外形设计成接近正方形。第二、在大功率电堆中将电极宽高比设计成介于I I. 5之间，单片电池外形设计成接近正方形，虽然电极的高度较高，宽度较窄，钒电解液从电极下部向上部流动受到的阻力很大，但通过在电极表面设置钒电解液导流网(如中国专利200710105754. 3)、或在导电板上开设钒电解液流道(如中国专利201110200880. 3)、或在电极上开设钒电解液流道(如中国专利200910078434. 2)，也能获得不错的电堆性能。虽然这样开发出来的大功率电堆的功率密度、钒利用率和能量效率比小功率电堆低ー些，但人们受日常经验影响，总是先入为主地认为这是电堆放大后的必然结果，很少有人对电极的宽高比对电堆的功率密度、钒利用率和能量效率的影响作深入研究。第三、考虑到未来光伏发电、风カ发电、分布电站、电网调峰、UPS/EPS电源等广阔领域对大功率、超大功率全钒液流电池的巨大市场需求，人们自然希望能设计开发出功率尽可能大的电堆，很多人甚至想当然地认为电堆的功率越大越好，电极的面积越大越好，因而认为电极的宽度和高度应该接近并且都越大越好，电极的宽高比仍应介于I I. 5之间，单片电池的外形仍应接近正方形。 然而，作为通过化学能和电能相互转换储能的全钒液流电池，其能量转换效率至关重要。特别当全钒液流电池的功率越来越大，规模越来越大，应用越来越广泛时，全钒液流电池的功率密度、钒利用率和能量效率每提高I %，都将带来巨大的经济效益和社会效益。本专利技术人在经过长时间的深思熟虑和大量研究的基础上，认识到传统的大功率全钒液流电池电堆设计思想存在技术偏见。对于小功率电堆，电极面积较小，电极宽高比介于I I. 5之间，单片电池外形接近正方形是可以的，但对于kW级以上大功率电堆，电极面积较大，电极的宽高比仍介于I I. 5之间，单片电池的外形仍然接近正方形，则由于电极的高度较高，宽度较窄，厚度又不能太厚(否则电堆内阻太大)，钒电解液从电极下部向上部流动扩散的阻カ很大，传质困难，导致电堆的功率密度、钒利用率和能量效率很低。虽然可以通过加大电解液循环泵的功率来缓解钒电解液在电极中流动传质困难的问题，但这样不仅增加了电堆及钒电解液管路的密封难度，而且大大降低了全钒液流电池系统总的功率密度、钒利用率和能量效率。为了使钒电解液的流动阻カ減少，中国专利200710105754. 3提出在电极表面设置导流网，使钒电解液在电极表面均匀流动。虽然钒电解液的流动阻カ有所減少，但由于钒电解液大部分是从电极表面上方直接流过，只有少部分通过电极内部流动，钒电解液在电极内部传质慢、扩散极化大，而且电堆的结构复杂、密封困难、厚度増加、内阻増大，导致电堆的功率密度、钒利用率和能量效率低。中国专利201110200880. 3提出在导电板上开设钒电解液流道，虽然钒电解液的流动阻カ有所減少，但由于钒电解液大部分是从导电板的流道中直接流过，只有少部分通过电极内部流动，钒电解液在电极内部传质慢、扩散极化大，而且因导电板两面都有流道，导致导电板厚度増加、加工困难、成本増加、内阻増大，导致电堆的功率密度、钒利用率和能量效率低。中国专利200910078434. 2提出在电极上开设钒电解液流道，部分解决了钒电解液在电极内部传质慢、扩散极化大的问题，但仍有相当部分钒电解液从电极上的流道中直接流过,只有少部分通过电极内部流动,钒电解液在电极内部传质较慢、扩散极化较大,而且电极加工复杂，电极上存在流道沟槽，使电堆内阻也有所増大，导致电堆的功率密度、钒利用率和能量效率较低。由上可知，只要电极的宽高比仍介于I I. 5之间，单片电池的外形仍然接近正方形，则无论是在电极表面设置钒电解液导流网、或是在导电板上开设钒电解液流道、还是在电极上开设钒电解液流道，全都不能完全解决大功率电堆中钒电解液在电极内部传质困难、扩散极化大的问题，而且还増大了电堆内阻和电堆成本。要想彻底地解决钒电解液在电极内部传质困难、扩散极化大的世界难题，进ー步提高大功率电堆的功率密度、钒利用率和能量效率，必须克服传统的技术偏见，对电极的宽高比对钒电解液通过电极的流量、电堆的功率密度、钒利用率和能量效率的影响作深入研究。
技术实现思路
在循环泵压力作用下，钒电解液克服全钒液流电池流道阻カ稳定均匀流动。储罐中的钒电解液通过主路进液流道流进电堆，经各单片电池支路进液流道均匀分流后自下而上均匀流过各单片电池电极微孔流道进行电极反应，反应后钒电解液经各单片电池支路出 液流道均匀汇流后流出电堆，再通过主路出液流道流回储罐中。设钒本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种全钒液流电池，包括离子交换膜、电极、导电板、液流框板、正端压板、负端压板、紧固件，其特征是：所述液流框板及其内框均为长方形，液流框板开有进、出液孔；液流框板正面开有进、出液支路流道；进液支路流道的一端与进液孔连通，进液支路流道的另一端与液流框板内框连通；出液支路流道的一端与出液孔连通，出液支路流道的另一端与液流框板内框连通；各液流框板依次按正面对正面、背面对背面顺序交替排列；相邻液流框板相对的正面之间夹有离子交换膜；相邻液流框板相对的背面之间夹有导电板，导电板为长方形，表面不开设流道，在液流框板背面内框边缘处开有环形凹台，导电板装在该环形凹台上；液流框板内框中装有电极，电极为长方形，表面不开设流道，电极的宽高比为3～15，所述液流框板、导电板、电极、离子交换膜、正端压板、负端压板通过紧固件压紧串联成堆。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郑重德，陈利华，王东明，刘杰，鲁春芳，任金华，
申请(专利权)人：北京金能世纪科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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