一種液流電池用雙極板或單極板結構及全釩液流電池制造技術

本發明專利技術涉及一種全釩液流電池用雙極板或單極板結構,所述雙極板為兩側中部均設有凹槽的平板狀結構，于平板每一側的凹槽相對邊緣處分別刻有與凹槽相連通的液體分布流道結構，平板一側相對邊緣處的流道分別各自與正極進液口和正極出液口相連通、平板另一側相對邊緣處的流道分別各自與負極進液口和負極出液口相連通。液流框和雙（單）極板一體化設計，省去了液流框和雙（單）極板間的密封，簡化了裝配工藝，減少了電解液外漏，提高了電池運行的穩定性。

【技術實現步驟摘要】
一種液流電池用雙極板或單極板結構及全釩液流電池
本專利技術涉及全釩液流電池領域，特別是一種全釩液流電池用液流框和雙（單）極板一體化裝置。
技術介紹
全釩液流電池，是采用不同價態的釩離子溶液作為正負極電解液，由外部泵驅動電解液在儲液罐和電堆之間循環流動，電解液在電堆中發生氧化還原反應實現充放電過程的電池。全釩液流電池由電堆、電解液和泵等管路系統組成，電堆包括離子傳導隔膜、液流框、電極、雙（單）極板和集流板等。電堆單體電池以離子傳導隔膜為中心，兩端依次為：電極和液流框、雙（單）極板結構。離子傳導隔膜與液流框之間、液流框和雙（單）極板之間有密封元件。數級或數10級單體電池被夾持在兩個不銹鋼端板之間，經壓濾機壓緊作用組成一個電堆。電解液在儲液罐和電堆之間循環流動，其中必然要經過液流框，液流框在電堆中起到分配電解液在電堆中的流動方式、防止電解液外漏的作用；密封元件主要對電解液起到密封、防止外漏作用；雙（單）極板主要起分隔電堆中的每個單體電池和收集、輸送電流的作用。由于液流框、密封元件和雙（單）極板對電堆起著不可或缺的作用，其結構和材料將直接影響全釩液流電池的穩定性和電池性能。目前，通用的液流框和雙（單）極板是兩個獨立的結構，組成電堆時兩者之間必須添加密封元件。液流框通常采用PVC材料，雙（單）極板采用無孔石墨材料、金屬或合金材料以及各種復合材料，密封結構一般有面密封或線密封兩種方式。液流框、密封元件、雙（單）極板、液流框、密封元件、雙（單）極板…的裝配工序繁瑣，若裝配不合理，容易引起電解液外漏，影響電池的穩定運行；而且，密封元件成本也較高；此外，液流框一般應具有防止電解液外漏的作用，因此加工時，液流框的厚度要比液流框上的流道深度大1mm左右，對應的電極厚度較大，引起較大的歐姆內阻，進而影響電池性能。
技術實現思路
本專利技術的目的是，針對現有技術存在的問題，為克服現有技術中的缺陷，提出并研究一種極板結構，其通過對現有技術中的液流框和雙（單）極板結構進行科學合理的改進，可以實現減少密封元件數量，減小電極厚度的目的，從而簡化電堆裝配工藝，減少電堆中電解液外漏，降低電池歐姆內阻，提高電池運行的穩定性和電池性能。為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案如下：一種液流電池用雙極板或單極板結構，所述雙極板為兩側中部均設有凹槽的平板狀結構，于平板的四周邊緣設有四個通孔，四個通孔二個為一組，每一組中的二個通孔相對設置，二組分別為正極進液口和正極出液口、負極進液口和負極出液口；于平板每一側的凹槽相對邊緣處分別刻有與凹槽相連通的液體分布流道結構，平板一側相對邊緣處的流道分別各自與正極進液口和正極出液口相連通、平板另一側相對邊緣處的流道分別各自與負極進液口和負極出液口相連通；或，所述單極板為一側中部設有凹槽的平板狀結構，于平板的四周邊緣設有四個通孔，四個通孔二個為一組，每一組中的二個通孔相對設置，二組分別為正極進液口和正極出液口、負極進液口和負極出液口；于平板一側的凹槽相對邊緣處分別刻有與凹槽相連通的液體分布流道結構，相對邊緣處的一側流道與正極進液口或負極進液口相連通、另一側流道與正極出液口或負極出液口相連通。所述雙極板二側的凹槽對稱設置；所述雙極板兩側流道呈對稱結構。所述雙極板或單極板厚度5-15mm，凹槽深度為0.5mm-7mm；凹槽外周與雙極板或單極板最外周寬度為2mm-20mm。一種全釩液流電池，包括單極板、雙極板、正極電極、離子傳導隔膜、負極電極，所述雙極板為上述雙極板結構，所述單極板為上述的單極板結構。所述液流電池依次由單極板、正極電極、離子傳導隔膜、負極電極、雙極板、正極電極、離子傳導隔膜、負極電極、雙極板、……、正極電極、離子傳導隔膜、負極電極、單極板順序疊合而成。所述液流電池的單極板或雙極板與正極電極或負極電極之間無液流框；于所述單極板和雙極板與離子傳導隔膜之間設有環狀密封元件。所述正極電極或負極電極分別嵌設于其所貼接的單極板或雙極板的凹槽內。所述單極板和雙極板上的凹槽于單極板或雙極板所在平面上的投影相重合，且形狀、尺寸大小相同；所述正、負電極厚度與凹槽深度比值1:1-5:1。所述單極板和雙極板上的正極進液口相互連通形成正極進液主管道，所述單極板和雙極板上的正極出液口相互連通形成正極出液主管道，所述單極板和雙極板上的負極進液口相互連通形成負極進液主管道，所述單極板和雙極板上的負極出液口相互連通形成負極出液主管道；正極進液主管道和正極出液主管道通過管路經泵與外部正極儲液罐相連，形成正極回路；負極進液主管道和負極出液主管道通過管路經泵與外部負極儲液罐相連，形成負極回路。雙極板或單極板材料為碳塑復合材料板或石墨板；所述正、負電極材料為碳氈或石墨氈。本專利技術的有益效果：1.這種雙極板或單極板結構，省去了傳統的液流框和雙(單)極板間的密封元件，簡化了裝配工藝，減少了電解液外漏，從而提高了電池運行的穩定性；2.由于在極板上設置流道結構，減少了單獨使用液流框的lmm左右的厚度余量防止電解液外漏作用，降低電極厚度，減少電池歐姆內阻，從而提高全釩液流電池的性能。保證了全釩液流電池運行的穩定性和電池性能。附圖說明圖1、雙極板的基本結構示意圖；圖2、單極板的基本結構示意圖；圖3、本專利技術在全釩液流電池電堆中應用裝配圖；圖4、普通全釩液流電池電堆裝配圖。附圖中符號說明：1-雙極板、2-單極板、3-凹槽、4-正極進液口、5-流道、6-正極出液口、7-負極進液口、8-負極出液口、9-正極電極、10-離子傳導隔膜、11-負極電極、12-環狀密封元件、13-液流框、14-密封墊、15-端板。具體實施方式下面實施例結合附圖對本專利技術進一步說明。如圖1、2所示，本專利技術采用設置有液口、流道、凹槽的雙極板和單極板結構。雙極板結構上有正極進液口4，正極出液口6，負極進液口7，負極出液口8，兩側流道5，兩側凹槽3。單極板結構上有正極進液口4，正極出液口6，負極進液口7，負極出液口8，一側流道5，一側凹槽3。電堆的單極板結構一般有2個，分別靠近端板側。電堆的雙極板結構有N個。如圖4所示，電堆一側的單極板結構2和正極電極9、電堆的第一個雙極板結構1和負極電極11，通過兩個環狀密封元件12分別與離子傳導隔膜10緊密結合，構成電堆的第一級單體電池。電堆的第一個雙極板結構1和正極電極9、第二個雙極板結構1和負極電極11，通過兩個環狀密封元件12分別與離子傳導隔膜10緊密結合，構成電堆的第二個單體電池。依次類推，電堆的第n（n<N,n∈N*）個雙極板結構1和正極電極9、第n+1個雙極板結構1和負極電極11，通過兩個環狀密封12元件分別與離子傳導隔膜10緊密結合，構成電堆的第n+1個單體電池。電堆的第N-1個雙極板結構1和正極電極9、第N個雙極板結構1和負極電極11，通過兩個環狀密封元件12分別與離子傳導隔膜10緊密結合，構成電堆的第N個單體電池。電堆的第N個雙極板結構1和正極電極9、電堆另一側的單極板結構2和負極電極11，通過兩個環狀密封元件12分別與離子傳導隔膜10緊密結合，構成電堆的第N+1個單體電池（即最后一個單體電池）。其中，正極進液口4、流道5、凹槽3、嵌置的正極電極9、正極出液口6和離子傳導隔膜10通過環狀密封元件12的緊密結合形成單體電池的正極電解液流動通道本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種液流電池用雙極板或單極板結構，其特征在于：所述雙極板為兩側中部均設有凹槽的平板狀結構，于平板的四周邊緣設有四個通孔，四個通孔二個為一組，每一組中的二個通孔相對設置，二組分別為正極進液口和正極出液口、負極進液口和負極出液口；于平板每一側的凹槽相對邊緣處分別刻有與凹槽相連通的液體分布流道結構，平板一側相對邊緣處的流道分別各自與正極進液口和正極出液口相連通、平板另一側相對邊緣處的流道分別各自與負極進液口和負極出液口相連通；或，所述單極板為一側中部設有凹槽的平板狀結構，于平板的四周邊緣設有四個通孔，四個通孔二個為一組，每一組中的二個通孔相對設置，二組分別為正極進液口和正極出液口、負極進液口和負極出液口；于平板一側的凹槽相對邊緣處分別刻有與凹槽相連通的液體分布流道結構，相對邊緣處的一側流道與正極進液口或負極進液口相連通、另一側流道與正極出液口或負極出液口相連通。

【技術特征摘要】
1.一種液流電池用雙極板或單極板結構，其特征在于：所述雙極板為兩側中部均設有凹槽的平板狀結構，于平板的四周邊緣設有四個通孔，四個通孔二個為一組，每一組中的二個通孔相對設置，二組分別為正極進液口和正極出液口、負極進液口和負極出液口；于平板每一側的凹槽相對邊緣處分別刻有與凹槽相連通的液體分布流道結構，平板一側相對邊緣處的流道分別各自與正極進液口和正極出液口相連通、平板另一側相對邊緣處的流道分別各自與負極進液口和負極出液口相連通；或，所述單極板為一側中部設有凹槽的平板狀結構，于平板的四周邊緣設有四個通孔，四個通孔二個為一組，每一組中的二個通孔相對設置，二組分別為正極進液口和正極出液口、負極進液口和負極出液口；于平板一側的凹槽相對邊緣處分別刻有與凹槽相連通的液體分布流道結構，相對邊緣處的一側流道與正極進液口或負極進液口相連通、另一側流道與正極出液口或負極出液口相連通。2.按照權利要求1所述的結構，其特征在于：所述雙極板二側的凹槽對稱設置；所述雙極板兩側流道呈對稱結構。3.按照權利要求1所述的結構，其特征在于：所述雙極板或單極板厚度5-15mm，凹槽深度為0.5mm-7mm；凹槽外周與雙極板或單極板最外周寬度為2mm-20mm。4.一種全釩液流電池，包括單極板、雙極板、正極電極、離子傳導隔膜、負極電極，其特征在于：所述雙極板為權利要求1所述的雙極板結構，所述單極板為權利要求1所述的單極板結構。5.按照權利要求4所述液流電池，其特征在于：所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張華民，鄭瓊，邢楓，
申請(專利權)人：中國科學院大連化學物理研究所，
類型：發明
國別省市：遼寧;21