CN101667646A - 一种氧化还原液流电池的电极框结构 - Google Patents

一种氧化还原液流电池的电极框结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及液流储能电池的电极框，特别涉及全钒氧化还原液流电池的电极框结构，其由形状和大小完全相同的二个框体相互扣合而成，所述二个框体相互扣合的平面称之为扣合面，且至少一个框体的扣合面上设置有流体流道，流道被扣合于边框内，形成内置结构的电解液出入口流道。本发明增加电解液流道支路的电阻，减小漏电电流，避免了充放电过程的电化学腐蚀，延长电池(堆)的寿命。

Description

一种氧化还原液流电池的电极框结构
技术领域
本发明涉及氧化还原液流电池的电极框，特别涉及全钒氧化还原液流电池的电极框结构。
背景技术
电能难以储存而又不可缺少，任何时刻它的生产都要满足用电需求，因此人们一直在寻找既经济又可行的储能技术，来解决供求之间的矛盾，使得电能的生产与需求脱钩。另外电能存储在电能管理、电网辅助服务、电压控制、可再生能源利用、大型不间断电源等方面有着重要作用，若与大型火力发电联合，可降低电站峰值容量、降低发电成本以及减小污染。若与风力、潮汐能等可再生能源发电联合，可实现电能的连续平稳供给，满足用户需求。由于液流电池具有功率与容量分离的特点，易于设计，操作方便，逐渐成为最有前途的规模电力存储的首选之一。其中，全钒氧化还原液流电池备受青睐。
电极框是全钒氧化还原液流电池关键部件之一，它不仅起到为阴阳电极提供一个封闭空间的作用，还起到分配电解液的作用。其结构直接影响到电堆的寿命和性能。
电子科技大学王彩虹硕士论文《全钒氧化还原液流电池的研究》中设计的电极框，是在电极框上钻圆形流道孔，这样既不利于减小漏电电流，也不利于减薄电池厚度，更不利于实现集成化。美国专利(专利号6,475,661)通过设计电堆内集流板，改变电解液流动分布，来提高电池效率和降低流动阻力。然而结构较为复杂，组装困难，成本较贵，不利于工业化。日本住友电气工业株式会社和关西电力株式会社共同申请的专利“氧化还原液流电池用电池单元框架及氧化还原流动电池”(申请号：02811590.2)提到单池结构采用流道槽上放置0.1～0.3mm厚保护板，来保护双极板，在实际组装过程中，容易发生变形，失去保护作用，严重影响电池效率和寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氧化还原液流电池的电极框结构，采用本发明电极框结构可以增加电解液流道支路的电阻，减小漏电电流，避免了充放电过程的电化学腐蚀，延长电池(堆)的寿命。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种氧化还原液流电池的电极框结构，其由形状和大小完全相同的二个框体相互扣合而成，所述二个框体相互扣合的平面称之为扣合面，且至少一个框体扣合面的边框上设置有流体流道，流道被扣合于边框内，形成内置结构的电解液出入口流道。
所述二个框体的扣合面上分别设置有镜像对称的流道。
或所述其中一个框体扣合面的上侧边框设置有流道，而于另一个框体扣合面的下侧边框设置有流道。
所述电极框上设置有垂直于边框的共用管道，流体流道与共用管道相连通，流体流道尾端设置有流分配器，其与电极框内侧的中空区域相连通，电极框的边框上设置密封线槽和定位孔。
所述框体的材质为聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)或ABS(工程塑料)；较好为聚氯乙烯或聚乙烯；最好为聚氯乙烯。
框体可以通过机械加工雕刻成型，也可以是通过注塑或者模压成型；整个内置式结构的电极框也可以通过一次注塑成型。
所述框体扣合面间通过密封材料组装在一起，或采用黏合剂粘合在一起，或者采用热压或冷压成一体。如选用密封材料，密封材料可以是硅橡胶、乙丙橡胶和氟橡胶，优选氟橡胶；采用密封材料时的密封方式，可以是线密封，也可以面密封，优选线密封。
本发明具有如下优点：
1.本发明结构简单，成本低，易于加工控制，无须复杂昂贵的设备投资。
2.本发明电极框装配成堆容易，单池薄，适合大批量生产，易于实现工业化。
3.本发明电极框的电解液的出入口流道是由两个具有手性结构，并刻有电解液流道的单元，流道向内对扣在一起内置式的流道；采用本发明电极框组装的电堆，电解液流道支路的电阻大，漏电电流小，避免了充放电过程的电化学腐蚀，延长电池(堆)的寿命。
附图说明
图1为本发明液流电池的结构图；
图2本发明电极框图之一。
图3本发明电极框图之二。
其中：1电池端板(含集流板)，2密封垫片，3正负极方框，4为电极，5为阳离子交换膜，6流体流道，7共用管道，8密封线槽。
具体实施方式
实施例1
电池结构如图1所示，电极框如图2所示，是由两个具有镜像对称的流体流道的方框(A1和B1)，流体流道向内对扣在一起，而形成的内置式流体流道。两个方框采用用黏合剂粘在形成内置式结构。框的材料为PVC。
电极框外形尺寸：长度为300cm，宽度为400cm
电极面积：875cm2
单电池数：13个
电堆充放电电压效率89％，库仑效率90.5％，能量效率80.5％
实施例2
电池结构如图1所示，电极框如图2所示，是由两个具有镜像对称的流体流道的方框(A1和B1)，流体流道向内对扣在一起，而形成的内置式流体流道。两个方框采用密封材料，面密封方式，通过组装力形成内置式结构。密封材料氟橡胶，方框材料为PE。
电极框外形尺寸：长度为400cm，宽度为500cm
电极面积：1700cm2
电池数：15个
电堆充放电电压效率87％，库仑效率93.5％，能量效率81.4％。
实施例3
电池结构如图1所示，电极框如图3所示，其由形状和大小完全相同的二个方形框体相互扣合而成(A2和B2)，其中A2框上雕刻有出入口流道，而B2框上没有雕刻流体流道，将A2框流道向内与B2框对扣在一起，而形成的内置式流体流道。两个方框采用密封材料，面密封方式，通过组装力形成内置式结构。密封材料氟橡胶，方框材料为PP。
电极框外形尺寸：长度为400cm，宽度为500cm
电极面积：1700cm2
电池数：20个
电堆充放电电压效率89％，库仑效率91.5％，能量效率81.5％。
实施例4
电池结构如图1所示，电极框如图3所示，其由形状和大小完全相同的二个方形框体相互扣合而成(A2和B2)，其中A2框上雕刻有出入口流道，而B2框上没有雕刻流体流道，将A2框流道向内与B2框对扣在一起，而形成的内置式流体流道。两个方框采用密封材料，面密封方式，通过组装力形成内置式结构。密封材料氟橡胶，方框材料为ABS。
电极框外形尺寸：长度为400cm，宽度为500cm
电极面积：1700cm2
电池数：20个
电堆充放电电压效率89％，库仑效率91.5％，能量效率81.5％。

Claims (9)

1.一种氧化还原液流电池的电极框结构，其特征在于：其由形状和大小完全相同的二个框体相互扣合而成，所述二个框体相互扣合的平面称之为扣合面，且至少一个框体扣合面的边框上设置有流体流道，流道被扣合于边框内，形成内置结构的电解液出入口流道。
2.如权利要求1所述的电极框结构，其特征在于：所述二个框体的扣合面上分别设置有镜像对称的流道。
3.如权利要求1所述的电极框结构，其特征在于：其中一个框体扣合面的上侧边框设置有流道，而于另一个框体扣合面的下侧边框设置有流道。
4.如权利要求1所述的电极框结构，其特征在于：所述电极框上设置有垂直于边框的共用管道，流体流道与共用管道相连通，流体流道尾端设置有流体分配器，其与电极框内侧的中空区域相连通，电极框的边框上设置密封线槽和定位孔。
5.如权利要求1所述的电极框结构，其特征在于：所述框体的材质为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或ABS。
6.如权利要求1所述的电极框结构，其特征在于：所述框体的材质为聚氯乙烯或聚乙烯。
7.如权利要求1所述的电极框结构，其特征在于：所述框体的材质为聚氯乙烯。
8.如权利要求1所述的电极框结构，其特征在于：电极框框体可以通过机械加工雕刻成型，也可以是通过注塑或者模压成型；整个内置式结构的电极框也可以通过一次注塑成型。
9.如权利要求1所述的电极框结构，其特征在于：所述框体扣合面间通过密封材料组装在一起，或采用黏合剂粘合在一起，或者采用热压或冷压成一体。
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