CN102569862B - 氧化还原液流电池组的电池框架 - Google Patents

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Abstract

为了改善氧化还原液流电池组的电池能量效益希望电解液能尽可能流过电极而不存在围绕电极的流动路径和泄露。为了达到这个目的，提供一种具有通过边缘（6）限制的开口（8）的氧化还原液流电池组的电池的框架，其中在边缘（6）上设置第一流动阻挡器（11），其延伸入开口（8）以及在分配通道（9）中在其用于导入电解液至电池的流入区域或者用于导出电解液的流出区域内设置第二流动阻挡器（16），限制分配通道（9）通向开口（8）。

Description

氧化还原液流电池组的电池框架
技术领域
本发明涉及一个具有由边缘限制的开口的氧化还原液流电池组(Redox-Durchflussbatterie)的电池(Zelle)的框架，其中在边缘上设置有伸入开口的第一流动阻挡器并且具有用于导入和导出电解液至电池的通到开口的分配通道，还涉及具有该框架的半电池(Halbzelle)和氧化还原液流电池。
背景技术
图3和4示出了氧化还原液流电池组50或者氧化还原液流电池组50组合体(Stack)32的熟知的实施例。该组合体32的电池30一般由两个相邻的半电池(Halbzelle)30a、30b组成，其中每个半电池30a、30b均由一个包含开口8的框架1构成，在开口内均设置一个电极20并且其中半电池30a、30b至少在开口8区域内通过半透性薄膜24分隔。第一电解液流过电池30的第一半电池30a以及第二电解液流过该电池的第二半电池30b，其中通过电化学反应产生可以通过组合体32端板46上的电接头48获取电流。在氧化还原液流电池组50的某些类型中，例如钒离子氧化还原液流电池或钒/多卤化物电池中，两种电解液的化学特性在很大程度上相似或者只包含其它一种氧化状态(例如V2+和V3+，VO2 +和VO2+)。该过程也可以反转，以此给电解液(或电池组(Batterie))充电。通过将各个电池30并排设置，多个这样的电池30在氧化还原液流电池50中被组合成组合体32，以达到更高的功率或电压。其中各个电池30通过双极板22互相分离。含有不同充电状态(Ladungszustand)的两种电解液通过端板46中的接头47被导入或导出并且通过框架1中的孔2、3流过电池30。电池30被设置于两个端板46或者与其紧邻的夹固板45之间并且可以用通过螺母42、垫片43和弹簧41撑牢的通孔螺栓40互相压紧。多个组合体32也可以被组合为一个氧化还原液流电池组50，其中电气串联的一组组合体32，也被称作电池串并且多个电池串可以以电气并联的方式运作。该装置在多个实施例中早已被熟知。
为了提高氧化还原液流电池组的效率或者能量效益当然希望整个循环的电解液能流过电极且不存在泄漏或者没有电解液从电极旁经过。这里，除了泄漏外，尤其是电极和框架边缘或者开口边缘间的区域是问题所在，因为可以确定的是，电极和框架边缘间会形成流动通道并且因此电解液会从电极旁经过且未被利用地流过电池。
从JP2006-324129A中可知一个氧化还原液流电池组的框架，其具有内部有电极的开口。电解液通过通到开口的分配通道被导入和导出电池。为了避免电解液从框架和电极间流过，这里在框架上设置了突起，其延伸进开口并且伸至电极的凹槽。电极紧靠突起。但这样在突起之前电解液还是一如既往的无阻碍从电极旁流过，因此部分电解液仍没有被使用。
发明内容
因此本发明的任务是，提供氧化还原液流电池组的电池框架，其改善通过电池循环的电解液利用率。
根据本发明，本任务如此解决：通过在开口边缘设置一个延伸进开口内并且在与开口中的电极组合的状态下压入电极的流动阻挡器和在分配通道中用于导入电解液的流入区域和导出电解液的流出区域内设置限制从分配通道到开口的第二阻挡器。以此一方面可以抑制开口和电极间的流动通道的形成并且电解液会被强迫流经电极，这可以提高电流的效率或者能量效益，从而也提高了氧化还原液流电池组的效率或者能量效益。另一方面电解液会被强迫首先流入分配通道，在那里它们会被分配并且从那里继续流入电极。通过该途径可以阻止电解液在流入或者流出区域从电极旁流过。
当流动阻挡器延伸超过开口的整体高度时，阻止开口和电极间形成流动通道的效果最佳。
附图说明
下面通过示意性的、非限制性地展示各优选实施例的图1至5对本发明进行说明。其中：
图1示意性地示出了按照本发明的框架的基本视图，
图2示出了导入电解液的流入区域的详细视图，以及
图3和4示出了氧化还原液流电池组的组合体和其详细视图。
具体实施方式
下文参考图1和2来描述根据本发明的框架1的特征。框架1由合成橡胶制成，例如聚烯烃热塑性合成橡胶(TPE或TPO)，例如Santoprene，或者由热塑性硫化橡胶(TPV)制成，特别是通过压铸方式。框架材料具有例如范围从邵氏A40到95，优选邵氏A60至75的硬度。框架1中央设置有开口8，其中设置有电极20(见图4)，例如为碳纤维垫。开口8周围设置有凹槽7，其中可以设置双极板22(见图4)。这样的框架1和电极20构成了氧化还原液流电池组50的组合体32的电池30的半电池30a、30b，如前文所述。
框架1还含有通孔2a、3a，电解液通过它们被泵吸穿过组合体32以用于电池30的电解液供给和电解液导出。例如其中孔2a用于导入以及孔3a用于导出一个半电池的第一电解液。第二电解液通过穿通框架1的孔2b和3b引导。框架1的端面S设置通道4、5，其中通道4一端和导入孔2a连接形成导入通道用于电解液导入。第二通道5位于正相对的位置并且和导出孔3a连接形成导出通道用于电解液导出。通道4、5也可以被设置在断面S的作为密封面的部分中。后面关于用于电解液导入的通道4的描述也适用于用于电解液导出的通道5。但构造或布置不同的导入和导出通道当然也是可行的。
通道4朝向端面S开放并且有利地延伸于与端面S平行的平面中通到分配通道9，其被设置于沿着开口8的一侧并且在通向开口8处由众多互相并列的隔板(Steg)10限制。隔板10优选从分配通道9的底面延伸至凹槽7的上边缘或至端面S，但也可以只延伸超过该高度的一部分。其中隔板10应该从根本上阻止，电极滑入分配通道9或者形变入其中，这会导致电解液的非均匀分配，以及从电极中冲刷出的材料，例如纤维，进入电解液循环或阻塞通道4.
电解液通过导入孔2a被导入，从那里通过通道4进入分配通道9，在那里被平均分配和继续流入开口8内设置的电极20。电解液流动通过电极20，在对面通过另一个、优选位置相对的分配通道9被收集和通过导出通道5和导出孔3a再被导出。
为了阻止或者尽力禁止在框架1-具体指开口8的边缘6-和在组合体32组合后的状态下被置于开口8中(见图4)的电极20之间形成在电解液流动方向上通过电池30的流动通道，在开口8的边缘6上设置形为突起的流动阻挡器11。如图1和图2所示。该流动阻挡器11优选延伸超过开口8的整体高度以及从边缘6延伸至开口8内部，即与电解液通过电池30或者半电池30a、30b的流动方向是横向的。
在将电极20置于框架1中的情况下，流动阻挡器11会被压入电极20，并且尽力禁止电解液在边缘6和电极20间的流动，其中电极20在正常情况下会填满开口8。
当边缘6在通道4的流入区域从边缘6延伸至分配通道9内，可以实现另一个用于抑制框架和电极之间形成流动通道的改进，以阻止电解液在流入区域直接从电极20旁流过。为此在边缘6上设置另一个、实现为突起的流动阻挡器16，其延伸至分配通道内以及在分配通道9通向开口8的流入区域限制分配通道9。以此迫使电解液首先流入分配通道9并且从那里才能到达开口8或者电极20。其他此类的流动阻挡器16也可以被置于通道5的流出区域。

Claims (3)

1.一种氧化还原液流电池组的电池的框架，具有：
由边缘(6)限制的开口(8)，其中在边缘(6)上设置有延伸至开口(8)内的第一流动阻挡器(11)，以及
用于导入或导出电解液至电池的通到开口(8)的分配通道(9)，其特征在于，在分配通道(9)中在分配通道的用于导入电解液至电池的流入区域或者用于导出电解液的流出区域内设置有限制分配通道(9)通向开口(8)的第二流动阻挡器(16)，所述第一流动阻挡器(11)和第二流动阻挡器(16)延伸超过开口(8)的整体高度。
2.一种氧化还原液流电池组的半电池，由如权利要求1所述的框架组成，其中在框架(1)的开口(8)内设置有电极(20)，第一流动阻挡器(11)被压入所述电极中。
3.一种氧化还原液流电池组，具有由如权利要求1所述的框架组成的半电池(30a、30b)，其中在框架(1)的开口(8)内设置有电极(20)，第一流动阻挡器(11)被压入所述电极中。
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