CN101562253A - 一种全钒离子氧化还原液流电池的液流框装置 - Google Patents

一种全钒离子氧化还原液流电池的液流框装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种全钒离子氧化还原液流电池的液流框装置，该液流框上设置带有弯折且多次迂回的液流道，并且该液流道为中心对称，其截面接近于Z形或多个Z形连接在一起的形状。本发明中迂回液流道带有的多个弯折，增大了内置流道的长度，增大了电池自放电的有效电阻，减缓了自放电的速度，避免了电池出现局部电压过高的情况，并且在电池静置时，必然使迂回液流道内的电解液在液流道折弯处出现断裂，使单体电池中的电解液与其它单体电池及储液装置中的电解液隔绝，避免了电池在由电解液连通时出现的自放电现象，在充完电时，大量的电能就会储存在电堆自身当中，提高了钒电池的能量转换效率，延长了钒电池的使用寿命。

Description

一种全钒离子氧化还原液流电池的液流框装置
技术领域
本发明涉及钒电池领域，尤其涉及一种全钒离子氧化还原液流电池的液流框装置。
背景技术
全钒氧化还原液流电池简称为钒电池，钒电池用不同价态的钒离子溶液分别作为正负极活性物质，通过外接泵驱动让电解液在储液槽与电池电堆内循环流动，正负极电解液在电堆内的离子交换膜两侧的电极上分别发生还原和氧化反应，由此完成充放电过程。
其反应式如下：
负极反应：  V2+-e-＝V3+           E0＝-0.26V
正极反应：VO2 ++2H++e-＝VO2+H2O    E0＝1.00V
电解质溶液是电池储存能量的载体，而液流框是电池的重要组成部分，是电解液在电池内循环流动的承载装置，起到到密封、规范电解液在电池体内流动方式的作用，是钒电池进入实用化阶段关键技术问题。
目前通用的液流框大多只注重了它的密封效果，而没在液流框上开设液流道或在前后端板上开设直线型液流道，这种结构存在以下缺陷：
1、各单体间液流分布不均匀，造成各单体间电压不均匀，使不同单体电池之间电压差值达到了0.1V-1V，从而降低电池能量转换效率；
2、电解液在各单体间形成的漏电支路电流较大，降低电池能量转换效率；
3、各单体间局部电压分布不均，加速了双极性电极的腐蚀速度；
4、电池停止运行时，各单体间的电解液仍处于串通状态，漏电支路电流造成电池自放电严重。由此可见，现有技术有待于更进一步的改进。
发明内容
本发明为解决上述现有技术中的缺陷提供一种全钒离子氧化还原液流电池的液流框装置，对现有技术中的液流框装置进行科学合理的改进，以提高能量转换效率，延长电池使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明方案包括：
一种全钒离子氧化还原液流电池的液流框装置，该液流框装置包括液流框，且该液流框上设置有带弯折且多次迂回的液流道。
所述的液流框装置，其中，该液流框上设置有多个中心对称带有弯折且多次迂回的液流道。
所述的液流框装置，其中，该迂回液流道的截面接近于Z形或多个Z形连接在一起的形状。
所述的液流框装置，其中，上述液流框包括板框，该液流框两侧的板框上分别设置有中心对称带有弯折且多次迂回的液流道。
所述的液流框装置，其中，该液流框装置包括两个液流框，两个液流框呈中心对称且相互适配，且上述液流道的走向沿板框方向设置。
所述的液流框装置，其中，每个液流框的四角上设置有第一进液口、第一出液口、第二进液口与第二出液口，第一进液口与第一出液口位于同一对角线上，第二进液口与第二出液口位于同一对角线上，各液流框之间对应的进液口与进液口、出液口与出液口是相连通的；与第一进液口同侧的板框内侧上设置有第一出液孔，第一进液口通过迂回液流道与第一出液孔相连通；与第一出液口同侧的板框内侧上设置有第一进液孔，第一出液口通过迂回液流道与第一进液孔相连通。
本发明提供的一种全钒离子氧化还原液流电池的液流框装置，在液流框开设内置的液流道，并且该液流道为迂回式，加大了电池运行过程中漏电支路的有效电阻，避免了大功率充放电时对电极的腐蚀，在电池停止运行时该种液流框能及时断开各个单体电池之间同极电解液的连通，大幅度降低了电池停止循环后漏电支路电流造成的自放电速度，增大了能量转换效率，而且该液流框采用中心对称设计，减少了制作成本，方便了用户组装使用；采用本发明的液流框装置使总能量利用率达到70％-80％，电流转化率达到90％以上，电压转化率达到80％以上，由此可见，本发明是现有技术的极大进步。
附图说明
图1是本发明中一个液流框的纵截面结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明中各较佳实施例进行较为详尽的说明。
本发明提供了一种全钒离子氧化还原液流电池的液流框装置，采用内置的迂回液流道，加大了电池运行过程中漏电支路的有效电阻，避免了大功率充放电时对电极的腐蚀，提高了能量转换效率，延长了电池使用寿命。全钒离子氧化还原液流电池液流框装置中液流框上分别设置有带有弯折且多次迂回的液流道，当然该迂回液流道为中心对称时其效果最佳，该迂回液流道的纵截面接近于Z形或多个Z形连接在一起的形状，延长了进出液流道的1倍-50倍，增大了电解液形成漏电支路电阻的100倍-2000倍，降低了漏电电流引起电极腐蚀速度的100倍-2000倍，减少了钒电池自放电程度。如图1所示的，该液流框9两侧的板框上分别设置有迂回液流道7与迂回液流道8，并且该液流框装置包括两个液流框，两个液流框呈中心对称且相互适配。本发明中每个液流框9的四角上设置有第一进液口1、第一出液口2、第二进液口3与第二出液口4，第一进液口1与第一出液口2位于同一对角线上，第二进液口3与第二出液口4位于同一对角线上，各液流框之间对应的进液口与进液口、出液口与出液口是相连通的；与第一进液口1同侧的板框内侧上设置有第一出液孔5，第一进液口1通过迂回液流道7与第一出液孔5相连通；与第一出液口2同侧的板框内侧上设置有第一进液孔6，第一出液口2通过迂回液流道8与第一进液孔6相连通；当然本发明中各个进液口、出液口、出液孔、进液孔以及迂回液流道的位置可以设置在液流框的其他地方，上述的位置效果为最佳，关于各个开口以及迂回液流道的位置在此不在赘述，而且根据本发明的目的迂回液流道还有其他多种设置放置，液流框上还可以设置有多个中心对称带有弯折且多次迂回的液流道。并且由图1可知，迂回液流道7与迂回液流道8的走向沿板框方向设置，液流框9是竖直使用的，使得钒电池停止运行时能及时断开各单体电池之间同极电解液的连通，大幅度减小了电池停止循环后支路电流造成的自放电速度，增大了能量转换效率。
现结合图1进一步对本发明进行阐述，钒电池液流框9在四角有四个液口，分别为第一进液口1、第一出液口2、第二进液口3与第二出液口4，当两个液流框在构成电池时，通过液流框与液流框之间的紧密密封结合，构成钒电池的正负极的进出液流道，其中第一进液口1与其对称的第一出液口2连通液流框内部流道，构成半个电池的进出液口，为了描述方便其为正极钒电池的进出液口，第二进液口3与其对称的第二出液口4连通液流框内部流道，构成负极钒电池的进出液口，并且第二进液口3、第二出液口4分别与另一液流框上对对应位置的进液口、出液口相连通，同理第一进液口1与第一出液口2也是如此。以下仅对半片电池的运行情况进行简要说明，电解液从储液罐流出后经过泵驱动，泵为电解液提供持续动力，从第一进液口1流经电池内置迂回液流道7后，从第一出液孔5流出，进入钒电池的碳毡发生电化学反应，反应后的电解液从第一进液孔6进入板框的迂回液流道8，然后通过第一出液口2进入主流道流回储液罐。另外半片电池液流框为中心对称安装，其按照上述方式进行循环，从而构成另一半片电池的循环。当泵停止运行时，由于电解液失去动力，电解液必然会出现倒吸或回流情况，但是由于迂回液流道7与迂回液流道8带有的多个弯折，增大了电解液倒吸的阻力，必然使迂回液流道内的电解液出现断裂，使迂回液流道7与迂回液流道8中的电解液在液流道顶部弯折处断开，从而断开各个单体电池之间以及各个单体电池与储液罐之间的液流，断开了电池内电解液与外界电解液的联系，确保了钒电池内部储存的电量，使钒电池一段相当长的时间内不依靠循环充电也能启动循环系统，为用户持续供电，使钒电池的总能量利用率达到70％-80％，电流转化率达到90％以上，电压转化率达到80％以上；并且本发明的迂回液流道阻断了各个单体电池之间的自放电，有效避免了大功率充放时电极板的腐蚀，延长了钒电池的使用寿命。
综上所述，本发明提供了一种全钒离子氧化还原液流电池的液流框装置，在液流框上内置带有弯折的迂回液流道，并且该迂回液流道为中心对称的，迂回液流道的截面接近于Z形或多个Z形连接在一起的形状，延长了液流道的长度，增大了电解液形成漏电支路电阻的100倍-2000倍，降低了漏电电流引起电极腐蚀速度的100倍-2000倍，减少了钒电池自放电程度；并且该种迂回液流道结构，使电解液在有泵提供动力的情况下能够在顺利完成电化学反应，而当泵停止工作时，电解液失去动力，电解液必然会出现倒吸或回流情况，但是由于迂回液流道带有的多个弯折，增大了电解液倒吸的阻力，必然使迂回液流道内的电解液出现断裂处，使迂回液流道中的电解液在液流道的顶部弯折处断开，从而断开了电池内电解液与外界电解液的联系，确保了钒电池内部储存的电量，使钒电池一段相当长的时间内不依靠循环充电也能启动循环系统，为用户持续供电，提高了钒电池的能量转换效率，延长了钒电池的使用寿命。由于液流框之间是中心对称的，使本发明的液流框制作工艺简单，降低了制成成本，并且用户装配时也非常简便，降低了用户使用与维护成本；并且现有技术中单体电池间电压差范围在0.1V-1V之间，而采用本发明的结构解决了不同单体之间电压差距很大的技术难题，使单体电池间电压差范围在0.01V-0.1V之间，大幅度提高了钒电池的稳定性与安全性。由此可见，本发明是现有技术的极大进步。
应当理解的是，上述各较佳实施例描述的较为详细，但不应理解为对本发明的限制，本发明的保护范围应以所附权利要求为准，本领域技术人员受本发明的启示进行简单替换、组合或变形都应落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1、一种全钒离子氧化还原液流电池的液流框装置，该液流框装置包括液流框，其特征在于：该液流框上设置有带弯折且多次迂回的液流道。
2、根据权利要求1所述的液流框装置，其特征在于：该液流框上设置有多个中心对称带有弯折且多次迂回的液流道。
3、根据权利要求1或2所述的液流框装置，其特征在于：该迂回液流道的截面接近于Z形或多个Z形连接在一起的形状。
4、根据权利要求3所述的液流框装置，其特征在于：上述液流框包括板框，该液流框两侧的板框上分别设置有中心对称带有弯折且多次迂回的液流道。
5、根据权利要求4所述的液流框装置，其特征在于：该液流框装置包括两个液流框，两个液流框呈中心对称且相互适配，且上述液流道的走向沿板框方向设置。
6、根据权利要求5所述的液流框装置，其特征在于：每个液流框的四角上设置有第一进液口、第一出液口、第二进液口与第二出液口，第一进液口与第一出液口位于同一对角线上，第二进液口与第二出液口位于同一对角线上，各液流框之间对应的进液口与进液口、出液口与出液口是相连通的；与第一进液口同侧的板框内侧上设置有第一出液孔，第一进液口通过迂回液流道与第一出液孔相连通；与第一出液口同侧的板框内侧上设置有第一进液孔，第一出液口通过迂回液流道与第一进液孔相连通。
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