CN102593495B - 一种氧化还原液流电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及蓄电储能领域，尤其涉及一种氧化还原液流电池，包括可充放电的电池单元和电解液，所述电池单元包括单元框架、反应电极、离子渗透膜以及双极板，所述氧化还原液流电池还包括用于扩散电解液的填充物，电解液的流路设置为所述单元框架的对角线位置，所述填充物设置于所述电解液的流路与所述反应电极之间，通过增加所述填充物及设置所述电解液的流路为对角线位置，可有效地将从狭窄的流路中流入的电解液有效地扩散到整个所述反应电极，使电解液的流动更加顺畅，扩大所述电池单元的有效面积，大大提高氧化还原液流电池的性能。

Description

一种氧化还原液流电池
技术领域
本发明涉及蓄电储能领域，尤其涉及一种氧化还原液流电池。
背景技术
电化学液流电池(electrochemical flow cell)一般称为氧化还原液流电池(flow redox cell或者redox flow cell)是一种新型的电化学储能装置，它是利用正负极电解液分开，各自循环的一种高性能蓄电池，具有容量高、使用领域(环境)广、循环使用寿命长的特点，是目前的一种新能源产品。氧化还原液流电池不同于通常使用固体材料电极或气体电极的电池，其活性物质是流动的电解质溶液，它最显著的特点是规模化蓄电，在广泛利用可再生能源的呼声高涨形势下，可以预见，液流电池将迎来一个快速发展的时期。
目前，氧化还原液流电池的结构如图1所示，包括单元框架1、反应电极2、离子渗透膜3以及双极板4，所述单元框架1左右两侧分别连接电源的正、负极，正、负极电解液分别按图1中箭头所示方向流动，其中实箭头为正极电解液流动方向，虚箭头为负极电解液流动方向，充电时，利用所述双极板上活性物质与电解质溶液发生化学反应以及所述离子渗透膜的选择透过性，将正极电解液中的离子氧化，将负极电解液中的离子还原，从而达到为负载供电或为变电器充电的效果，但氧化还原液流电池性能还不够完善，如有效面积较小、容许电流较小、电解液流动性差等，对许多问题尚需进行深入的研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氧化还原液流电池，以解决现有氧化还原液流电池性能不完善的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种氧化还原液流电池，包括可充放电的电池单元和电解液，所述电池单元包括单元框架、反应电极、离子渗透膜以及双极板，所述氧化还原液流电池还包括用于扩散电解液的填充物，电解液的流路设置为所述单元框架的对角线位置，所述填充物设置于所述电解液的流路与所述反应电极之间。
较佳地，所述电池单元还设有三层密封圈，其中，第一层密封圈位于所述电解液的流路的外围，第二层密封圈位于所述双极板及所述离子渗透膜外围，第三层密封圈位于所述填充物的外围。
较佳地，所述三层密封圈分别通过紧固件和长螺丝的紧固配合进行固定。
较佳地，所述三层密封圈采用硅树脂橡胶系或者氟橡胶系的材料。
较佳地，所述电解液选用钒硫酸溶液。
较佳地，所述填充物采用聚氯乙烯海绵。
较佳地，所述单元框架采用聚氯乙烯板，所述离子渗透膜采用阴离子渗透膜，所述双极板采用具有石墨碳晶的双极纤维状碳素。
较佳地，所述双极板采用膨胀石墨碳晶叠层板。
较佳地，所述膨胀石墨碳晶叠层板采用通过甲乙酮溶化的苯乙烯粘合叠层的材料。
较佳地，所述反应电极采用将纤维成型为毡状再进行碳化的碳素状毡，所述反应电极的厚度为3～10毫米，所述反应电极的重量密度为每平方米400～600克。
本发明提供的氧化还原液流电池，包括可充放电的电池单元和电解液，所述电池单元包括单元框架、反应电极、离子渗透膜以及双极板，所述氧化还原液流电池还包括用于扩散电解液的填充物，电解液的流路设置为所述单元框架的对角线位置，所述填充物设置于所述电解液的流路与所述反应电极之间，通过增加所述填充物及设置所述电解液的流路为对角线位置，可有效地将从狭窄的流路中流入的电解液有效地扩散到整个所述反应电极，使电解液的流动更加顺畅，扩大所述电池单元的有效面积，大大提高氧化还原液流电池的性能。
附图说明
图1为现有氧化还原液流电池的结构示意图；
图2为本发明一实施例的氧化还原液流电池的结构示意图；
图3为图2的左视图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
本发明提供的氧化还原液流电池，如图2所示，包括利用过渡金属的盐溶液的原子价变化制成的可充放电的电池单元和电解液，所述电池单元包括单元框架11、反应电极12、离子渗透膜13以及双极板14，所述氧化还原液流电池还包括用于扩散电解液的填充物18，电解液的流路设置为所述单元框架11的对角线位置。电解液的流路请参见图2中箭头所指示的流向，所述填充物18设置于所述电解液的流路与所述反应电极12之间，使得所述电解液的流路中的电解液必须经过填充物18才能进入所述反应电极12中，所述反应电极12中的电解液必须经过填充物18才能进入所述电解液的流路中。具体地，所述填充物18采用聚氯乙烯(PVC，英文全称Poly Vinyl Chloride)海绵，例如旭化成公司出品的萨然树脂胶，采用PVC海绵的填充物18不仅可有效地将从狭窄的电解液的流路中流出的电解液有效、均匀地扩散到整个反应电极12，同时还具有将通过所述反应电极12后的电解液有效地集中到狭窄的电解液的流路中的作用。这样，不但能使在所述电池单元内流动的电解液的流动畅通，而且可扩大所述电池单元内的有效面积。
所述电解液的流路包括总进入通道和总流出通道、将总进入通道连接到各个电池单元的单元进入通道以及将总流出通道连接到各个单元的单元流出通道。所述电解液的流路设置为所述单元框架11的对角线位置是指单元进入通道和单元流出通道相对错开设置于所述反应电极12及填充物18的两侧，从而可以使得电解液和反应电极反应更加充分。
较佳地，请结合参考图2和图3，所述电池单元还设有三层密封圈15、16、17，具体地，所述三层密封圈15、16、17采用硅树脂橡胶系或者氟橡胶系的材料，其中，第一层密封圈15位于所述电解液的流路的外围，用以防止所述电解液的流路的漏液而导致的正负极连接短路，第二层密封圈16位于所述双极板14及所述离子渗透膜13外围，用以支撑所述双极板14及离子渗透膜13和防止漏液，第三层密封圈17位于所述填充物18的外围，用以连接所述单元框架11并进一步防止漏液，所述三层密封圈15、16、17分别通过紧固件和长螺丝(图中未示出)的紧固配合进行固定。以这样的方式将所述电池单元向横向压缩(厚度方向)并进行支撑固定，所述电解液可在这种构造的电池单元中均衡地流动，不仅可提高所述电池单元的有效面积，还能够简化装配工艺，减少性能上的波动，因而可以有效提高质量。
较佳地，所述电解液选用钒硫酸溶液。所述钒硫酸溶液在常温常压下制作氧化还原液流电池所用的电解质，不产生有毒废气和废水，且不需老化操作，可直接作为电解质使用。
较佳地，所述单元框架11采用聚氯乙烯(PVC，英文全称Poly Vinyl Chloride)板，所述离子渗透膜13采用阴离子渗透膜，所述双极板14采用具有石墨碳晶的双极纤维状碳素，具体地，所述双极板14采用膨胀石墨碳晶叠层板，较佳地，所述膨胀石墨碳晶叠层板采用通过甲乙酮溶化的苯乙烯粘合叠层的材料。由于所述膨胀石墨碳精材料的特征是切削加工容易且导电性高，但是，其缺点是易被所述电解液渗透而导致所述电解液混浊，采用通过甲乙酮溶化的苯乙烯粘合叠层的材料可达到无漏液现象且导电性也很好的目的。
较佳地，所述反应电极12采用将纤维成型为毡状再进行碳化的碳素状毡，所述反应电极12的厚度为3～10毫米，具体地，由于所述反应电极12的厚度是导致所述电池单元内部电阻变大的主要原因，而所述反应电极12过薄则会使所述电解液的流动性变差而导致氧化还原液流电池的稳定性变差，所以所述反应电极12的厚度可选用3～10毫米，更好是4～8毫米，最佳是5～6毫米。另外，所述反应电极12中纤维的密度也会影响电池的性能，如果密度高则导电性也高，表面积也变大，但电解液的流通阻力也会增加，较佳地，所述反应电极12的重量密度为每平方米400～600克。
本发明提供的氧化还原液流电池，包括可充放电的电池单元和电解液，所述电池单元包括单元框架11、反应电极12、离子渗透膜13以及双极板14，所述氧化还原液流电池还包括用于扩散电解液的填充物18，电解液的流路设置为所述单元框架11的对角线位置，所述填充物18设置于所述电解液的流路与所述反应电极12之间，通过增加所述填充物18及设置所述电解液的流路为对角线位置，可有效地将从狭窄的流路中流入的电解液有效地扩散到整个所述反应电极12，使电解液的流动更加顺畅，扩大所述电池单元的有效面积，降低成本。
本实施例中，所述单元框架11的外形尺寸为250毫米x 250毫米，各个单元的厚度为10毫米时，可确保其有效面积达到400平方厘米，容许电流可达20安培。当不插入所述填充物18时，容许电流为15安培以下，采用所述双极板14导电性塑料(例如PVC与碳素混练的材料)时容许电流则为10安培以下，从而可以看出，采用本发明所述的氧化还原液流电池的性能大大提高了。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种氧化还原液流电池，包括可充放电的电池单元和电解液，所述电池单元包括单元框架、反应电极、离子渗透膜以及双极板，其特征在于，所述氧化还原液流电池还包括用于扩散电解液的填充物，所述填充物采用聚氯乙烯海绵，电解液的流路设置为所述单元框架的对角线位置，所述填充物设置于所述电解液的流路与所述反应电极之间，所述电池单元还设有三层密封圈，其中，第一层密封圈位于所述电解液的流路的外围，第二层密封圈位于所述双极板及所述离子渗透膜外围，第三层密封圈位于所述填充物的外围。
2.如权利要求1所述的氧化还原液流电池，其特征在于，所述三层密封圈分别通过紧固件和长螺丝的紧固配合进行固定。
3.如权利要求1所述的氧化还原液流电池，其特征在于，所述三层密封圈采用硅树脂橡胶系或者氟橡胶系的材料。
4.如权利要求1所述的氧化还原液流电池，其特征在于，所述电解液选用钒硫酸溶液。
5.如权利要求1所述的氧化还原液流电池，其特征在于，所述单元框架采用聚氯乙烯板，所述离子渗透膜采用阴离子渗透膜，所述双极板采用具有石墨碳晶的双极纤维状碳素。
6.如权利要求5所述的氧化还原液流电池，其特征在于，所述双极板采用膨胀石墨碳晶叠层板。
7.如权利要求6所述的氧化还原液流电池，其特征在于，所述膨胀石墨碳晶叠层板采用通过甲乙酮溶化的苯乙烯粘合叠层的材料。
8.如权利要求1～7中任意一项所述的氧化还原液流电池，其特征在于，所述反应电极采用将纤维成型为毡状再进行碳化的碳素状毡，所述反应电极的厚度为3～10毫米，所述反应电极的重量密度为每平方米400～600克。
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