CN101841050B - 一种全钒离子氧化还原液流电池的液流框装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种全钒离子氧化还原液流电池的液流框装置，包括四边形液流框框架，在液流框框架上还设置有横向框架和/或纵向框架，将四边形液流框框架分成若干个区域，每个区域均配置有导电双电极石墨板构成电化学反应区；在横向框架上设置有垂直于横向框架的竖向分流道，在纵向框架上设置有垂直于纵向框架的横向分流道，在液流框框架上分别设置有第一进液口、第一出液口、第二进液口与第二出液口。本发明解决了钒电池受导电双电极材料(石墨板)制约的问题，提高原有电极面积的4～20倍，实现了超大输出功率单电堆，提高了电池效率。
Description
技术领域
本发明涉及液流储能电池领域，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是一种绿色环保电池，钒氧化还原液流电池作为储能电源主要应用在电厂或电站等大规模场所，大规模光电转换、风能发电的储能电源以及作为边缘地区储能系统，以及不间断电源或应急电源系统等。
随着全钒氧化还原液流电池的广泛应用，对大型储能电池有很大的需求趋势。目前国内科研机构做的最大的单堆电池的液流框为单个框架，电堆最大输出功率为5KW。若要增大电堆的输出功率，增大电极面积是关键技术。由于国内生产的导电双极板原材料石墨板面积有限，若向更大功率发展，则会受到一定的限制，国外生产的石墨板面积能稍大一点，但价格较贵，成本过高。此外由于石墨板的脆性，机制板材的面积不能过大，否则在组装过程由于受力不均，容易发生变形，应力长期作用有可能造成裂缝、导致两极电解液的相互渗透，使电池效率下降。
发明内容
本发明为解决上述现有技术中的缺陷，对现有技术中液流框装置的构造进行改进，提供一种全钒离子氧化还原液流电池的液流框装置。
其技术解决方案是：
一种全钒离子氧化还原液流电池的液流框装置，包括四边形液流框框架，所述液流框框架上设置有横向框架和/或纵向框架，将四边形液流框框架分成若干个区域，每个区域均配置有导电双电极石墨板构成电化学反应区；在横向框架上设置有垂直于横向框架的竖向分流道，在纵向框架上设置有垂直于纵向框架的横向分流道，在液流框框架上分别设置有第一进液口、第一出液口、第二进液口与第二出液口。
上述液流框框架内侧边缘设置有第一导流槽，第一导流槽垂直于框架平行排列，在第一导流槽与液流框框架之间设置有第一液流道缓冲区，所述第一导流槽与第一液流道缓冲区相连通，所述第一液流道缓冲区与液流框框架上的第一进液口、第一出液口、第二进液口或第二出液口相连通。
上述第一进液口、第一出液口、第二进液口、第二出液口分别设置在液流框框架的上下外边框上，在液流框框架内设置有至少一个横向框架，在横向框架的两侧均设置有第二导流槽，第二导流槽垂直于横向框架平行排列，在横向框架与第二导流槽之间设置有第二液流道缓冲区，横向框架上垂直于横向框架设置的竖向分流道与第二液流道缓冲区相连通，第二液流道缓冲区与第二导流槽相连通。
上述液流框框架、横向框架和/或纵向框架上均设置有定位圆孔。
上述液流框框架为正方形，在液流框框架内设置有一个横向框架与一个纵向框架，横向框架与纵向框架垂直交叉，使整体框架呈田字形结构。
上述第一导流槽与第二导流槽的上方均设置有薄盖片。
本发明的有益技术效果是：
1、本发明液流框装置的设计，既是多块液流框的平面有机组合又是大面积双电极的平面有机分割，解决了受导电双电极材料(石墨板)制约的问题，提高原有电极面积的4～20倍，实现了超大输出功率单电堆，提高了电池效率。
2、本发明的液流框制作工艺简单，装配方便，生产成本低，既实现了电堆超大功率输出又保证了电堆的密封性和安全稳定性。
附图说明
图1是本发明中田字形液流框的纵截面结构示意图。
具体实施方式
结合附图，一种全钒离子氧化还原液流电池的液流框装置，包括形状为正方形的液流框框架1，液流框框架1为塑料材质，在液流框框架1上设置有一个横向框架2和一个竖向框架3，横向框架2与竖向框架3垂直交叉，使整体框架呈现田字形结构。所述横向框架2和竖向框架3将四方形液流框框架1分成四个区域，每个区域均配置有导电双电极石墨板4构成电化学反应区，为了方便描述，将其分别称之为第一反应区5、第二反应区6、第三反应区7与第四反应区8。在液流框框架的下边框上设置有第一进液口101与第二进液口102，在液流框框架的上边框上设置有第一出液口103与第二出液口104，其中，第一进液口101与第一出液口103位于正方形液流框框架1的对角线上，第二进液口102与第二出液口104关于横向框架2对称设置。在横向框架2上设置有垂直于横向框架2的竖向分流道201，在纵向框架3上设置有垂直于纵向框架3的横向分流道301，竖向分流道201与横向分流道301的设置使液流框中的电解液能够均匀、流畅的流向各个反应区域参与电化学反应，同时加大了电池运行过程中支路的有效电阻，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。在液流框框架1的下边框内侧边缘设置有若干个第一导流槽9，第一导流槽9垂直于液流框框架1的下边框平行排列，在第一导流槽9与下边框之间设置有第一液流道缓冲区10，第一导流槽9与第一液流道缓冲区10相连通，第一液流道缓冲区10与液流框框架1上的第一进液口101相连通。在液流框框架1的上边框内侧边缘同样设置有若干导流槽，为了方便描述及区分，将其称为第二导流槽11，第二导流槽11垂直于上边框平行排列，在第二导流槽11与液流框框架1的上边框之间设置有第二液流道缓冲区12，第二导流槽11与第二液流道缓冲区12相连通，第二液流道缓冲区12与液流框框架1上的第一出液口103相连通。
为了进一步使电解液能够均匀、流畅的流向四个电化学反应区，在横向框架2的两侧均设置有若干个导流槽，将横向框架2下方且临近横向框架2设置的导流槽称为第三导流槽13，将横向框架2上方且临近横向框架2设置的导流槽称为第四导流槽14；第三导流槽13与第四导流槽14均垂直于横向框架2平行排列，在横向框架2与第三导流槽13之间设置有第三液流道缓冲区15，在横向框架2与第四导流槽14之间设置有第四液流道缓冲区16。横向框架2上垂直于横向框架2设置的竖向分流道201分别与第三液流道缓冲区15、第四液流道缓冲区16相连通，第三液流道缓冲区15与第三导流槽13相连通，第四液流道缓冲区16与第四导流槽14相连通。上述液流道缓冲区均顺延相邻板框方向设置。第一反应区5中的电解液经过第三导流槽13在第三液流道缓冲区15中汇集，然后通过横向框架2上设置的竖向分流道201进入第四液流道缓冲区16，再经过第四导流槽14进入第三反应区7。
同时，为了防止橡胶垫在组装过程中受压变形阻塞上述导流槽，在导流槽上方加一薄盖片，减低了电解液的流动阻力，保证了电池的流量，提高了总能量利用率。
以下对半片电池的运行情况进行简要说明，当中未述及的技术内容均可直接采取或借鉴现有技术相应技术内容，此处不再冗述。电解液经过泵驱动力的作用从储液罐中流出进入第一进液口101，然后在第一液流道缓冲区10中汇集，经第一分流槽9流入第一反应区5与第二反应区6，第一反应区5与第二反应区6中的电解液依次经第三导流槽13、第三液流道缓冲区15、横向框架上的竖向分流道201、第四液流道缓冲区16、第四导流槽14进入第三反应区7与第四反应区8，第三反应区7与第四反应区8中的电解液流经第二导流槽11后在第二液流道缓冲区12中汇集，后经第一出液口103流回储液罐，完成电解液的循环。相应的电解液在四个反应区内发生电化学反应，进行充电或放电。另外半片电池的液流框装置为中心对称安装，按照上述方式进行循环，从而构成另一半片电池的循环，区别之处在于电解液从第二进液口102进入反应区，然后从第二出液口104流回储液罐。
在横向框架2、竖向框架3与液流框框架1上均设置有定位圆孔17，电堆组装时，将多个液流框装置叠加在一起，用若干根紧固螺杆穿过定位圆孔17，将多个该液流框装置紧固在一起，即形成超大输出功率电池堆。这样避免了由于石墨板的脆性和面积过大，在组装过程由于受力不均匀，容易发生变形，应力长期作用有可能造成裂缝，导致电解液的相互渗透，从而使电池效率下降的情况发生，同时既增大了导电双电极的有效面积又加固了电堆的密封性，增强了电池结构的整体性能，使电池结构运行更加安全稳定，延长了电池使用寿命。上述定位圆孔17的大小、个数及位置均可根据具体情况进行调整。
通过上述描述可知，本发明的田字形液流框设计，既是多块液流框的平面有机组合又是大面积双电极的平面有机分割。本发明的液流框制作工艺简单，装配方便，生产成本低，既实现了电堆超大功率输出又保证了电堆的密封性和安全稳定性。
上述实施例详细说明了液流框为田字形的设计，当然，也可以按照本发明的设计思路将液流框设计为日字形或其他形状，如在正方形液流框上设置有两个横向框架和两个竖向框架，或者在正方形液流框上设置有三个横向框架和三个竖向框架，所述横向框架与所述纵向框架均垂直交叉，从而将其分成若干个区域，然后进行导流槽、分流道以及液流道缓冲区等的设置。
应当理解的是，上述关于田字形液流框的描述较为详细，但不应当理解为是对本发明保护范围的限制，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的简单替换、组合或变形都应落入本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种全钒离子氧化还原液流电池的液流框装置，包括四边形液流框框架，其特征在于：所述液流框框架上还设置有横向框架和/或纵向框架，将四边形液流框框架分成若干个区域，每个区域均配置有导电双电极石墨板构成电化学反应区；在横向框架上设置有垂直于横向框架的竖向分流道，在纵向框架上设置有垂直于纵向框架的横向分流道，在液流框框架上分别设置有第一进液口、第一出液口、第二进液口与第二出液口；
所述液流框框架内侧边缘设置有第一导流槽，第一导流槽垂直于框架平行排列，在第一导流槽与液流框框架之间设置有第一液流道缓冲区，所述第一导流槽与第一液流道缓冲区相连通，所述第一液流道缓冲区与液流框框架上的第一进液口、第一出液口、第二进液口或第二出液口相连通。
2.根据权利要求1所述的一种全钒离子氧化还原液流电池的液流框装置，其特征在于：所述第一进液口、第一出液口、第二进液口、第二出液口分别设置在液流框框架的上下外边框上，在液流框框架内设置有至少一个横向框架，在横向框架的两侧均设置有第二导流槽，第二导流槽垂直于横向框架平行排列，在横向框架与第二导流槽之间设置有第二液流道缓冲区，横向框架上垂直于横向框架设置的竖向分流道与第二液流道缓冲区相连通，第二液流道缓冲区与第二导流槽相连通。
3.根据权利要求1或2所述的一种全钒离子氧化还原液流电池的液流框装置，其特征在于：所述液流框框架、横向框架和纵向框架上均设置有定位圆孔。
4.根据权利要求1所述的一种全钒离子氧化还原液流电池的液流框装置，其特征在于：所述液流框框架为正方形，在液流框框架内设置有一个横向框架与一个纵向框架，横向框架与纵向框架垂直交叉，使整体框架呈田字形结构。
5.根据权利要求2所述的一种全钒离子氧化还原液流电池的液流框装置，其特征在于：所述第一导流槽与第二导流槽的上方均设置有薄盖片。
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