CN102110826B - 一种用于液流电池的导流插件、双极板及电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于液流电池的导流插件、双极板及电池。一种导流插件，采用非导体材料，包括：主进液道，为一通孔；以及，导流通道，开在所述主进液的道壁上的通孔。与现有技术相比，上述技术方案的优点在于，能够提高电池性能，延长电池使用寿命，加快液流电池，尤其是全钒液流电池产业化的进度。

Description

一种用于液流电池的导流插件、双极板及电池

技术领域

本发明涉及液流电池，具体地涉及一种用于液流电池的导流插件、双极板及电池。

背景技术

全钒液流电池具有容易实现规模化、使用寿命长、无污染、设计及选址自由等优点，是储能系统的首选电池。全钒液流电池的正负极活性物质为不同价态的钒离子电解液，通过外接的泵驱动电解液在储液罐与电堆之间循环流动，电解液在电堆内发生电化学反应，从而完成电池的充放电过程，实现储能的目的。

全钒液流电池的储能物质是电解液，电解液在电堆中流动的情况对电池性能、使用寿命有重要影响。电解液在电堆中流动的过程是：电解液流入电堆内的主进液道，并从每个单电池的分进液口流入单电池中，从单电池另一端的分出液口流出并汇流至主出液道，流出电堆。

目前，通用的全钒液流电池电堆结构具有一种高密度石墨双极板，该双极板的表面挖有导流槽；通过在该双极板上打孔来构建主进液道、主出液道，从孔处用同样石墨材质的导流结构将电解液导流至反应电极表面。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是首先提供一种导流插件，能够使电池的双极板具有更好的性能和更长的寿命；其次，提供相应的双极板及电池。

本发明的技术问题是这样解决的。

一种导流插件，采用非导体材料，包括：

主进液道，为一通孔；以及，

导流通道，开在所述主进液的道壁上的通孔。

相应的，还提供一种用于液流电池的双极板，包括：板体，和4个分别嵌在所述板体上的、所述的导流插件；

其中，2个所述的导流插件的导流通道与所述板体的一侧面连通，另2个所述的导流插件的导流通道与所述板体的另一侧面连通。

以及，一种液流电池，包括：所述的双极板。

经过研究发现，现有的双极板大多采用整体的石墨板制成，石墨材质的导流结构由于强度不足，不能进行复杂加工，导流效率偏低；在长时间的组装压力下该石墨导流结构容易破损，堵塞单电池的分进、出液口，大大降低电池性能。

尤其是，常用的高密度石墨双极板的导电性好，在所打的孔周围容易形成较大的漏电电流，氧化腐蚀该孔周围的石墨双极板，破坏孔结构，从而降低电池能量效率，严重缩短电池的使用寿命。所打的孔侧壁容易被正极电解液氧化腐蚀，破坏孔结构，缩短电池的使用寿命。

采用上述技术方案，由于导流插件由非导体材料制成，则杜绝了在导流通道和主进液道附近的漏电电流，不会出现电化学腐蚀作用，就大大提高了双极板及液流电池的使用寿命，而且在使用中也具有更好的可靠性。

对比试验发现，现有的液流电池的双极板的导流孔处，一般在使用3至6的月就有较明显的腐蚀和损坏，电池的性能也因此下降。而采用上述技术方案的液流电池，连续使用5000小时后，其导流插件处仍然完好，电池性能保持稳定。

另外，通常双极板由高密度的石墨板制成，一般物理特性较脆，加工难度较高，难以较精细的开孔。而采用上述技术方案，更易于对主进液道和导流通道的形状进行加工。

与现有技术相比，上述技术方案的优点在于，能够提高电池性能，延长电池使用寿命，加快液流电池，尤其是全钒液流电池产业化的进度。

优选的，所述导流插件的截面为矩形，所述主进液道的截面为矩形。

优选的，所述主进液道的一侧边为导流侧，所述导流通道开在该导流侧。

优选的，所述导流侧的道壁比其他侧的道壁更厚。

进一步采用上述技术特征，能够进一步提高导流通道的强度。由于在液流电池中，双极板是被紧密压住的，其所要受到较大的压力。导流通道开在主进液道的侧壁，导流侧的强度会较小，在具体的加工过程中，可能会被压塌损坏。上述技术措施，将进一步提高加电池的可靠性。

优选的，所述导流通道包括：并列排列的至少两个导流孔。

进一步采用上述技术特征，便于导流通道与所述板体上的流道相匹配，液流将更加均匀，电池的效率更高。

优选的，所述导流孔的截面形状为矩形。

优选的，采用耐酸材料，如：聚乙烯、聚丙烯，或聚氯乙烯。

优选的，所述板体采用石墨，形状为矩形，4个所述导流插件分别嵌在所述板体的四角；所述板体的每一侧上设置有流道，所述流道的两端分别与一个所述流插件的导流通道相应。

附图说明

图1（a）是本发明导流插件一种实施例的结构示意图；

图1（b）是图1（a）的B-B剖面图；

图2（a）是本发明导流插件一种实施例的结构示意图；

图2（b）是图2（a）的A-A剖面图；

图3是图1（a）所示实施例的截面图；

图4是本发明一种双极板的实施例的结构示意图；

图5是本发明一种液流电池的实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明：

如图1、图2和图3所示，一种导流插件81，采用非导体材料，包括：主进液道82，为一通孔；以及，导流通道84，开在所述主进液的道壁上的通孔。

其中，所述导流插件81的截面为矩形，所述主进液道82的截面为矩形。所述主进液道82的一侧边为导流侧83，所述导流通道84开在该导流侧83。所述导流侧83的道壁比其他侧的道壁更厚。所述导流通道84包括：并列排列的三个导流孔。所述导流孔的截面形状为矩形。所述的导流插件81采用聚乙烯、聚丙烯，或聚氯乙烯。

具体来说，不同导流插件的主进液道82可以分别构成主进、出液道，是穿孔结构，以便电解液从此通过而形成主进、出液道。同样的，该穿孔结构也可具有多种形状，以方形、长方形、圆形为优。为该导流插件内置的导流孔，其形状、数量、大小的设置方案有多种，以方形、长方形、圆形、椭圆形为优，以数量、大小接近双极板所挖导流槽的数量、大小为优。

可见该导流插件的导流孔的形状为长方形，并且为多个小孔。所述防腐蚀导流插件也可仅设置一个与主进液道82同样宽度的导流结构，但这种导流结构的机械强度不足，导流结构容易在电堆组装压力下坍塌，导致电解液不能顺畅地导流至反应电极表面，全钒液流电池的性能大大降低。由此可见，该导流孔的数量以大于等于2个为优。

主进液道82中的电解液可以顺畅地流经多个导流孔进入单电池的分进液口，而且多个导流孔之间有一定厚度的隔壁，起到支撑该导流插件的导流结构的作用，增强了该导流插件的机械强度，使得该导流插件的使用寿命较长。

结合图4，将导流插件1紧密粘到双极板所打的孔中，与所打的孔侧壁紧密相连，不留空隙，是该导流插件的使用方法。由于该导流插件1将孔的侧壁与主进、出液道2中的电解液完全隔绝，大大减小了电解液对孔的氧化腐蚀，保护了所打的孔结构。该导流插件1所采用的材料为耐酸耐腐蚀绝缘材料，主进、出液道2中的电解液与双极板之间的漏电电流为零，使所打的孔周围的石墨双极板不受电化学氧化腐蚀，有效提高了电池的能量效率，极大地延长了电池的使用寿命。

该导流插件设置有内置的导流结构，该导流结构包含多个导流孔，可以将电解液快速从主进液道导流至分进液口，起到导流电解液的作用。该导流插件采用PE、PP、PVC等耐酸耐腐蚀材料制成，所制备的导流插件具有良好的机械强度和加工性能，有利于全钒液流电池的产业化生产。通过科学设计该防腐蚀导流插件，可以隔绝主进、出液道的电解液与双极板所打的孔接触，从而保护双极板所打的孔周围不受氧化腐蚀、电化学氧化腐蚀，有效提高了电池的能量效率，极大地延长了电池的使用寿命。由此可知，本发明可以完全取代现阶段通用的简单石墨导流结构，是对全钒液流电池现有技术的一大改进。

其中，所述双极板的板体采用石墨，形状为矩形，4个所述导流插件分别嵌在所述板体的四角；所述板体的每一侧上设置有流道5，所述流道5的两端分别与一个所述流插件1的导流通道3相应。

如图5所示，为一种液流电池。其中包括：防止短路的绝缘板11、集流体12，单极板13、密封材料14、反应电极15、离子交换膜16、双极板17、端板18、螺杆19和螺母20。

其中，集流体12可以将电流均匀分布到单极板上。单极板13作为全钒液流电池电堆的正极或者负极。密封材料14的形状适合反应电极和双极板。反应电极15由具有高比表面积的多孔、介孔材料制成，钒电解液在反应电极15中发生电化学反应，可以大大降低电化学阻抗。离子交换膜16可以隔离正负极电解液并导电。双极板17，本电池的核心就是该双极板。端板18，坚固平整，将螺杆的力量均匀分布，保证电池的密封良好。

液流电池按照端板18、绝缘板11、集流体12、单极板13、密封材料14、反应电极15、离子交换膜16、反应电极15、密封材料14、双极板17、……密封材料14、反应电极15、离子交换膜16、反应电极15、密封材料14、所述双极板17、……密封材料14、反应电极15、离子交换膜16、反应电极15、密封材料14、单极板13、集流体12、绝缘板11、端板18的方式叠加进行组装，在螺杆19的压力下组装成电池。此液流电池结构为压滤机式结构。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于液流电池的双极板，其特征在于，包括：板体，和4个分别嵌在所述板体上的导流插件；

其中，2个所述的导流插件的导流通道与所述板体的一侧面连通，另2个所述的导流插件的导流通道与所述板体的另一侧面连通；

所述导流插件采用非导体材料，包括：

主进液道，为一通孔；以及，

导流通道，开在所述主进液道的道壁上的通孔。

2.如权利要求1所述的用于液流电池的双极板，其特征在于，所述导流插件的截面为矩形，所述主进液道的截面为矩形。

3.如权利要求2所述的用于液流电池的双极板，其特征在于，所述主进液道的一侧边为导流侧，所述导流通道开在该导流侧。

4.如权利要求3所述的用于液流电池的双极板，其特征在于，所述导流侧的道壁比其他侧的道壁更厚。

5.如权利要求3所述的用于液流电池的双极板，其特征在于，所述导流通道包括：并列排列的至少两个导流孔。

6.如权利要求5所述的用于液流电池的双极板，其特征在于，所述导流孔的截面形状为矩形。

7.如权利要求1所述的用于液流电池的双极板，其特征在于，所述非导体材料选自聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯。

8.如权利要求1所述的用于液流电池的双极板，其特征在于，所述板体采用石墨材质，形状为矩形，4个所述导流插件分别嵌在所述板体的四角；所述板体的每一侧上设置有流道，所述流道的两端分别与一个所述导流插件的导流通道相应。

9.一种液流电池，其特征在于，包括：如权利要求1所述的双极板。

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