CN102903946B - 圆形液流电池及包括其的圆形液流电池堆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种圆形液流电池及包括其的圆形液流电池堆。该圆形液流电池包括：正极半电池；负极半电池；圆形的离子交换膜，设置在正极半电池和负极半电池之间；两个分别向正极半电池和负极半电池提供电解液的圆形的进液端板，设置在圆形液流电池的第一端部和/或第二端部，各进液端板分别包括：圆形的进液内孔，设置在进液端板的圆心周围处；多个相互隔离的圆形的进液边槽，沿进液端板的周向均匀排布，各进液边槽将进液内孔与正极半电池或负极半电池连通。在上述圆形液流电池中，电解液由位于圆心处的进液内孔分流到周向均匀排布的进液边槽后输送至电池内，缩短了电解液的流动路径，并且电解液均匀进入电池内，改善了电解液反应的均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及液流电池领域，具体而言，涉及一种圆形液流电池及包括其的圆形液流电池堆。
背景技术
现有的液流电池堆，包括液流框1’、双极板2’、多孔电极3’、离子交换膜4’按照图1所示次序叠放并装配而成，电池堆的组成由图1中所示的结构重复叠放而成，由图1和图2可以看出，其单电池片为矩形，电解液进口在矩形一端，而出口在矩形另外一端。无论怎么进行电池内部流场设计，电解液都要逐渐从电池片的一端流向另一端导致电解液在电池片内反应不均匀。而且，在该流动过程中，充放电时，在其进口端电解液反应离子浓度大于出口端反应离子浓度，而且随着电解液的流动及反应离子的消耗，反应离子浓度逐渐变小因此，进口端和出口端的电解液反应离子浓度有一定差异，而进口端和出口端电解液经过多孔电极的线速度是相同的（由于矩形电池片设计，其进出口截面积相等且进出口体积流速始终相等），从而进一步加剧了电解液反应不均匀、浓差极化以及电池效率的降低。
发明内容
本发明旨在提供一种圆形液流电池及包括其的圆形液流电池堆，优化了电解液在反应过程中的反应离子浓度的均匀性。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种圆形液流电池，圆形液流电池包括：正极半电池；负极半电池；圆形的离子交换膜，设置在正极半电池和负极半电池之间；两个分别向正极半电池和负极半电池提供电解液的圆形的进液端板，设置在圆形液流电池的第一端部和/或第二端部，各进液端板分别包括：圆形的进液内孔，设置在进液端板的圆心周围处；多个相互隔离的圆形的进液边槽，沿进液端板的周向均匀排布，各进液边槽将进液内孔与正极半电池或负极半电池连通。
进一步地，上述各进液端板背离离子交换膜的第一表面为平面，朝向离子交换膜的第二表面包括：与进液端板同心的圆形凹陷部，进液内孔设置在圆形凹陷部中，进液边槽设置在圆形凹陷部外围靠近进液端板边缘的位置，且两个进液端板的圆形凹陷部大小相等；多个导流槽，设置在进液边槽与圆形凹陷部之间将电解液由进液内孔导流至进液边槽。
进一步地，上述导流槽的深度与圆形凹陷部的深度相同。
进一步地，上述各进液端板的进液边槽和导流槽均为四个。
进一步地，两个上述进液端板由外到内依次设置在圆形液流电池的同一端部，位于外侧的进液端板还包括与位于内侧的进液端板的进液内孔位置对应且连通的圆形的进液导流孔，且进液导流孔的深度与位于外侧的进液端板的厚度相同；位于内侧的进液端板还包括：多个圆形的进液边孔，与位于外侧的进液端板的进液边槽对应且连通；圆柱体，与位于外侧的进液端板的进液内孔相对应且厚度与位于内侧的进液端板的厚度相同。
进一步地，两个上述进液端板分别设置在离子交换膜的第一端部和第二端部，任意一个进液端板的圆形凹陷部还设置有将来自另一个进液端板的电解液导出圆形液流电池的圆形的出液内孔，且出液内孔的深度与其所在的进液端板的厚度相同。
进一步地，上述正极半电池和负极半电池分别包括：液流框，设置在离子交换膜的一侧，液流框包括同心设置且相互连接的环形框和圆板；多孔电极，嵌设在液流框的环形框与圆板之间；双极板，设置在多孔电极远离离子交换膜的一侧；绝缘板，设置在双极板远离多孔电极的一侧，靠近双极板的侧面具有凹槽；集流板，嵌设在绝缘板的凹槽中；两个进液端板分别为正极进液端板和负极进液端板，正极进液端板的进液内孔为正极进液内孔、正极进液端板的进液边槽为正极进液边槽；负极进液端板的进液内孔为负极进液内孔、负极进液端板的进液边槽为负极进液边槽，其中：正极进液端板设置在靠近正极半电池的一侧，来自正极进液内孔的正极电解液依次经过正极半电池的绝缘板、双极板和液流框进入正极半电池的多孔电极进行反应；或正极进液端板设置在远离正极半电池的一侧，来自正极进液内孔的正极电解液依次经过负极半电池的绝缘板、双极板、液流框、离子交换膜和正极半电池的液流框进入正极半电池的多孔电极进行反应；或负极进液端板设置在靠近负极半电池的一侧，来自负极进液内孔的负极电解液依次经过负极半电池的绝缘板、双极板和液流框进入负极半电池的多孔电极进行反应；或负极进液端板设置在远离负极半电池的一侧，来自负极进液内孔的负极电解液依次经过正极半电池的绝缘板、双极板、液流框、离子交换膜和负极半电池的液流框进入负极半电池的多孔电极进行反应。
进一步地，上述离子交换膜、双极板、液流框和靠近正极进液端板或负极进液端板的绝缘板均具有：与正极进液边槽相对应的圆形的正极液流通孔，正极半电池的多孔电极与正极液流通孔相连通；与负极进液边槽相对应的圆形的负极液流通孔，负极半电池的多孔电极与负极液流通孔相连通；离子交换膜和液流框的圆板上分别设置有：圆形的正极集液孔，与正极半电池的多孔电极相连通；圆形的负极集液孔，与负极半电池的多孔电极相连通。
进一步地，上述液流框靠近离子交换膜的侧面为平面，液流框的圆板的厚度小于环形框的厚度，且环形框和圆板之间通过连接板相连，环形框、圆板与连接板之间围成扇形区域，多孔电极嵌设在扇形区域内。
进一步地，上述绝缘板具有凹槽的侧面还包括与绝缘板同心设置的圆柱形突起平台，凹槽包括：圆环形主体部，围绕圆柱形突起平台且与绝缘板同心设置；外延部，外延部为圆环形主体部向绝缘板的边缘延伸出的条状凹槽，集流板嵌设在凹槽中且嵌设于外延部的部分向绝缘板的外部继续延伸；其中，正极进液端板和负极进液端板在圆形液流电池中的排布方式为方式一或方式二，方式一为：正极进液端板设置在靠近正极半电池的一侧，负极进液端板设置在靠近负极半电池的一侧，双极板的圆心周围处和绝缘板的圆形突起平台均设置有正极集液孔和负极集液孔；方式二为：正极进液端板设置在远离正极半电池的一侧，负极进液端板设置在远离负极半电池的一侧，双极板的圆心周围处和绝缘板的圆形突起平台均设置有正极集液孔和负极集液孔。
进一步地，上述正极进液端板和负极进液端板在圆形液流电池中的排布方式为方式三或方式四，方式三为：上述正极进液端板设置在靠近正极半电池的一侧，且负极进液端板设置在正极进液端板与正极半电池之间，负极半电池的双极板和绝缘板的圆心周围处均设置有圆形的正极电解液导出孔和圆形的负极电解液导出孔；方式四为：负极进液端板设置在靠近负极半电池的一侧，正极进液端板设置在负极半电池与负极进液端板之间，正极半电池的双极板和绝缘板的圆心周围处均设置有正极电解液导出孔和负极电解液导出孔；当正极进液端板和负极进液端板在圆形液流电池中的排布方式为方式三或方式四时，远离正极进液端板和负极进液端板的绝缘板具有凹槽的侧面还包括与该绝缘板同心设置的圆柱形突起平台，该绝缘板的正极电解液导出孔设置在圆柱形突起平台中，凹槽包括：圆环形主体部，围绕圆柱形突起平台且与该绝缘板同心设置；外延部，外延部为圆环形主体部向该绝缘板的边缘延伸出的条状凹槽，集流板嵌设在凹槽中且嵌设于外延部的部分向绝缘板的外部继续延伸；靠近正极进液端板和负极进液端板的绝缘板的凹槽包括：圆形主体部，与该绝缘板同心设置；外延部，外延部为圆形主体部向该绝缘板的边缘延伸出的条状凹槽，集流板嵌设在凹槽中且嵌设于外延部的部分向该绝缘板的外部继续延伸。
进一步地，上述正极进液端板、负极进液端板、绝缘板、双极板、液流框和离子交换膜通过螺纹紧固件固定在一起。
根据本发明的另一方面，还提供了一种圆形液流电池堆，液流电池堆包括上述的圆形液流电池，且以圆形液流电池的离子交换膜、圆形液流电池的正极半电池的多孔电极和液流框、圆形液流电池的负极半电池的多孔电极和液流框、以及一个阻隔双极板为组合单元重复排列，在组合单元中，多孔电极嵌设在与其对应的液流框中，正极半电池的液流框与负极半电池的液流框设置在离子交换膜的两侧，阻隔双极板设置在液流框的远离离子交换膜的一侧，且阻隔双极板包括：圆形的正极电解液流通内孔和负极电解液流通内孔，间隔设置在阻隔双极板的圆心周围处；圆形的正极电解液流通边孔，与圆形液流电池的正极进液端板的正极进液边槽对应且相互连通；圆形的负极电解液流通边孔，与圆形液流电池的负极进液端板的负极进液边槽对应且相互连通。
应用本发明的技术方案，电解液由位于进液端板的圆心处的进液内孔分流到沿进液端板的周向均匀排布的进液边槽后再输送至正极半电池和负极半电池，电解液在正极半电池和负极半电池的电池板内的流动路径缩短了，并且电解液以一种均匀的状态进入正极半电池和负极半电池，从而改善了电解液在液流电池内的反应的均匀性。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据现有技术的液流电池的立体结构示意图；
图2示出了图1所示的液流电池的俯视图，其中箭头的指向表明电解液的流动方向；
图3示出了根据本发明的一种优选的实施例的圆形液流电池的立体结构示意图；
图4示出了图3所示的正极进液端板的朝向负极进液端板的侧面的结构示意图；
图5示出了图4所示的正极进液端板的立体结构示意图；
图6示出了图3所示的负极进液端板的远离正极进液端板的侧面的结构示意图；
图7示出了图6所示的负极进液端板的立体结构示意图；
图8示出了图3所示的正极半电池的绝缘板的远离负极进液端板的侧面的结构示意图；
图9示出了图8所示的绝缘板的立体结构示意图；
图10示出了图3所示的正极半电池的集流板的结构示意图；
图11示出了图3所示的正极半电池的双极板的结构示意图；
图12示出了图3所示的正极半电池的多孔电极的结构示意图；
图13示出了图3所示的正极半电池的液流框的远离离子交换膜的侧面的结构示意图；
图14示出了图13所示的液流框的立体结构示意图；
图15示出了图3所示的离子交换膜的靠近负极半电池的侧面结构示意图；
图16示出了图3所示的负极半电池的液流框的远离离子交换膜的侧面的结构示意图；
图17示出了图16所示的液流框的立体结构示意图；
图18示出了图3所示的阻隔双极板朝向负极绝缘板的侧面的结构示意图；
图19示出了图3所示的负极半电池的双极板靠近负极绝缘板的侧面的结构示意图；
图20示出了图3所示的负极半电池的绝缘板的靠近双极板的侧面的结构示意图；
图21示出了图20所示的绝缘板的立体结构示意图；
图22示出了图3所示的负极半电池的集流板的结构示意图；
图23示出了根据本发明的另一种优选的实施例的圆形液流电池的立体结构示意图；
图24示出了图23所示的正极进液端板的结构示意图；以及
图25示出了图23所示的负极进液端板的结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图3所示，在本发明一种典型的实施方式中，提供了一种圆形液流电池，该圆形液流电池包括正极半电池、负极半电池、圆形的离子交换膜1、两个分别向正极半电池和负极半电池提供电解液的圆形的进液端板，离子交换膜1设置在正极半电池和负极半电池之间，两个进液端板设置在圆形液流电池的第一端部和/或第二端部，各进液端板分别包括圆形的进液内孔和多个相互隔离的圆形的进液边槽，进液内孔设置在进液端板圆心周围处；多个进液边槽沿进液端板的周向均匀排布，各进液边槽将进液内孔与正极半电池或负极半电池连通。
具有上述结构的圆形液流电池，电解液由位于进液端板的圆心处的进液内孔分流到沿进液端板的周向均匀排布的进液边槽后再输送至正极半电池和负极半电池，电解液在正极半电池和负极半电池的电池板内的流动路径缩短了，并且电解液以一种均匀的状态进入正极半电池和负极半电池，从而改善了电解液在液流电池内的反应的均匀性。
如图3所示，在本发明一种优选的实施例中，各进液端板背离离子交换膜1的第一表面为平面，朝向离子交换膜1的第二表面包括与进液端板同心的圆形凹陷部和多个导流槽，进液内孔设置在圆形凹陷部中，进液边槽设置在第一圆形凹陷部外围靠近进液端板边缘的位置，且两个进液端板的圆形凹陷部大小相等；多个导流槽设置在进液边槽与圆形凹陷部之间将电解液由进液内孔导流至进液边槽。
进液内孔设置在圆形凹陷部，从而使由进液内孔流入的电解液在圆形凹陷部汇集并通过导流槽导流至进液边槽，使得进液端板的结构简单化，而且保证了电解液的均匀流动。
如图4至图7所示，为了使电解液在进液端板中流动顺畅，优选导流槽的深度与所述圆形凹陷部的深度相同。
如图4至图7所示，上述进液边槽个数为多个，在保证电解液均匀流动的前提下，优选进液边槽和导流槽均为四个。
如图3至图7所示，两个进液端板由外到内依次设置在离子交换膜1的同一端部，位于外侧的进液端板还包括与位于内侧的进液端板的进液内孔位置对应且连通的圆形的进液导流孔，且进液导流孔的深度与位于外侧的进液端板的厚度相同；位于内侧的进液端板还包括多个圆形的进液边孔和圆柱体，进液边孔与位于外侧的进液端板的进液边槽对应且连通，圆柱体与位于外侧的进液端板的进液内孔相对应且厚度与位于内侧的进液端板的厚度相同。
将两个进液端板由外到内依次设置在离子交换膜1的同一侧时，为了使电解液利用简单的结构分别流入正极半电池和负极半电池，在外侧的进液端板上设置进液导流孔使电解液流经外侧的进液端板后由内侧的进液端板的进液内孔，然后再依次流经位于内侧的进液端板的进液边槽后进入正极半电池和负极半电池，电解液在正极半电池和负极半电池反应完成之后直接流出圆形液流电池。在位于内侧的进液端板上设置于位于外侧的进液端板的进液内孔相对应的圆柱体，且该圆柱体的厚度与进液端板的厚度相同因此可以使该圆柱体与位于外侧的进液端板相抵接，起到相互支撑的作用，有利于两个进液端板的组合。
如图23至图25所示，两个进液端板分别设置在离子交换膜1的第一端部和第二端部，任意一个进液端板的圆形凹陷部还设置有将来另一个进液端板的电解液导出圆形液流电池的圆形的出液内孔，且出液内孔的深度与其所在的进液端板的厚度相同。
当两个进液端板分别设置在离子交换膜1的两侧时，为了便于电解液流出圆形液流电池，因此优选在进液端板设置电解液的出液内孔。当然如果不设置出液内孔，也可以通过管道引流将电解液引出圆形液流电池。
如图3所示，在本发明又一种优选的实施例中，上述正极半电池和负极半电池分别包括液流框2、多孔电极3、双极板4、绝缘板6和集流板5，液流框2设置在离子交换膜1的一侧，液流框2包括同心设置且相互连接的环形框21和圆板22；多孔电极3嵌设在液流框2的环形框21与圆板22之间；双极板4设置在多孔电极3远离离子交换膜1的一侧；绝缘板6设置在双极板4远离多孔电极3的一侧，靠近双极板4的侧面具有凹槽；集流板5嵌设在绝缘板6的凹槽中；两个进液端板分别为正极进液端板7和负极进液端板8，正极进液端板7的进液内孔为正极进液内孔71、正极进液端板7的进液边槽为正极进液边槽72；负极进液端板8的进液内孔为负极进液内孔81、负极进液端板8的进液边槽为负极进液边槽83，其中：正极进液端板7设置在靠近正极半电池的一侧，来自正极进液内孔71的正极电解液依次经过正极半电池的绝缘板6、双极板4和液流框2进入正极半电池的多孔电极3进行反应；或正极进液端板7设置在远离正极半电池的一侧，来自正极进液内孔71的正极电解液依次经过负极半电池的绝缘板6、双极板4、液流框2、离子交换膜1和正极半电池的液流框2进入正极半电池的多孔电极3进行反应；或负极进液端板8设置在靠近负极半电池的一侧，来自负极进液内孔81的负极电解液依次经过负极半电池的绝缘板6、双极板4和液流框2进入负极半电池的多孔电极3进行反应；或负极进液端板8设置在远离负极半电池的一侧，来自负极进液内孔81的负极电解液依次经过正极半电池的绝缘板6、双极板4、液流框2、离子交换膜1和负极半电池的液流框2进入负极半电池的多孔电极3进行反应。
上述实施例中的正极进液端板7和负极进液端板8与具有上述结构的正极半电池和负极半电池组合时，组合方式不同电解液的流动路径不同，但是只要能够保证电解液进入半电池内部参与反应、反应完成后流出圆形液流电池即可。
如图4和图5所示，如上所述，当进液端板为正极进液端板7时，其上的进液内孔为正极进液内孔71，进液边槽为正极进液边槽72，导流槽为正极导流槽74，且当其上具有导流通孔时该进液导流通孔为负极进液导流通孔73，当其上具有进液边孔时该进液边孔为负极进液边孔，当其上具有出液内孔时该出液内孔为负极出液内孔75；当进液端板为负极进液端板8时，其上的进液内孔为负极进液内孔81，进液边槽为负极进液边槽83，导流槽为负极导流槽84，且当其上具有进液导流通孔时该进液导流通孔为正极进液导流通孔，当其上具有进液边孔时该进液边孔为正极进液边孔82，当其上当其上具有出液内孔时该出液内孔为正极出液内孔85。
如图8、图9、图11至17和图19至图21所示，离子交换膜1、双极板4、液流框2和靠近正极进液端板7或负极进液端板8的绝缘板6均具有与正极进液边槽72相对应的圆形的正极液流通孔10和与负极进液边槽83相对应的圆形的负极液流通孔20，正极半电池的多孔电极3与正极液流通孔10相连通；负极半电池的多孔电极3与负极液流通孔20相连通；离子交换膜1和液流框2的圆板22上分别设置有圆形的正极集液孔30和圆形的负极集液孔40，正极集液孔30与正极半电池的多孔电极3相连通；负极集液孔40与负极半电池的多孔电极3相连通。
因此，在设计圆形电池时，控制具有上述结构的圆形液流电池的正极进液边槽72的周长、负极进液边槽83的周长、正极集液孔30的周长和负极集液孔40的周长，从而控制电解液进出圆形液流电池的线速度。而且，在利用上述圆形液流电池充放电时，以正极半电池为例，正极电解液液流框2的正极液流通孔10进入多孔电极3后向位于液流框2中心处的正极集液孔30集中，在正极电解液的流动过程中，随着反应的进行，反应离子浓度会逐渐变小，同时由于圆形液流电池的多孔电极3的反应区域也沿电解液的流动方向逐渐减小，那么其所需参与反应的离子的量也是逐渐减小，因此可以保证整个圆形液流电池的离子反应的均匀性，进一步减少了电解液的浓差极化，提高了圆形液流电池的充放电效率。
如图13、图14、图16和图17所示，液流框2靠近离子交换膜1的侧面为平面，液流框2的圆板22的厚度小于环形框21的厚度，且环形框21和圆板22之间通过连接板23相连，环形框21、圆板22与连接板23之间围成扇形区域，多孔电极3嵌设在扇形区域内。
将多孔电极3嵌设在扇形区域内后，通过正极液流通孔10的正极电解液或通过负极液流通孔20的负极电解液进入与其对应的多孔电极3，由于圆板22的厚度小于环形框21的厚度，因此正极电解液或负极电解液都可以顺利地由多孔电极3流向圆板22，并经圆板22中设置的正极集液孔30或负极集液孔40流出多孔电极3和液流框2。
由于在液流框2上同时具有正极液流通孔10、负极液流通孔20、正极集液孔30和负极集液孔40，因此，为了避免正极电解液和负极电解液的相互渗透，本领域技术人员可以依据现有技术将正极电解液的流经通道与负极电解液的流经通道相互隔离，以正极半电池的多孔电极3和液流框2为例，如图13和图14所示，将正极液流通孔10、多孔电极3采用密封圈密封，同时将位于圆板22上的负极集液孔40也采用密封圈密封，而且，为了便于正极电解液由正极液流通孔10稳定地流入多孔电极3，可以在液流框2的环形框21上雕刻通孔或导流槽将正极液流通孔10与多孔电极3连通。上述的采用密封圈将正极电解液和负极电解液的隔离的方法适用于圆形液流电池的其他组件中。
如图20至图22所示，绝缘板6具有凹槽的侧面还包括与绝缘板6同心设置的圆柱形突起平台61，凹槽包括圆环形主体部62和外延部63，圆环形主体部62围绕圆柱形突起平台61且与绝缘板6同心设置；外延部63为圆环形主体部62向绝缘板6的边缘延伸出的条状凹槽，集流板5嵌设在凹槽中且嵌设于外延部63的部分向绝缘板6的外部继续延伸；其中，正极进液端板7和负极进液端板8在圆形液流电池中的排布方式为方式一或方式二，方式一为：正极进液端板7设置在靠近正极半电池的一侧，负极进液端板8设置在靠近负极半电池的一侧，双极板4的圆心周围处和绝缘板6的圆形突起平台61均设置有正极集液孔30和负极集液孔40；方式二为正极进液端板7设置在远离正极半电池的一侧，负极进液端板8设置在远离负极半电池的一侧，双极板4的圆心周围处和绝缘板6的圆形突起平台61均设置有正极集液孔30和负极集液孔40。
当正极进液端板7和负极进液端板8分开设置时，为了便于完成反应的电解液流出圆形液流电池并简化圆形液流电池的结构，因此优选采用上述方式在绝缘板6的圆形周围处设置一圆形突起平台61，并将正极集液孔30和负极集液孔40设置在该圆形突起平台61上，从而来自双极板3的正极集液孔30的正极电解液导入负极进液端板8的正极出液内孔85后流出圆形液流电池，同样，来自双极板3的负极集液孔40的负极电解液导入正极进液端板7的负极出液内孔75后流出圆形液流电池。集流板5嵌设在绝缘板6的凹槽的圆环形主体部62和外延部63，不仅可以避免集流板5与绝缘板6简单的堆叠造成的电解液腐蚀集流板5的弊端，而且还实现了对较好地收集电流的效果。
当圆形液流电池包括依次排列的正极进液端板7、正极半电池（包括依次排列的嵌设有集流板5的绝缘板6、双极板4和嵌设由多孔电极3的液流框2）、离子交换膜1、负极半电池（包括依次排列的嵌设有多孔电极3的液流框2、双极板4和嵌设由集流板5的绝缘板6）、负极进液端板8。在进行充放电时，正极电解液依次流经正极进液端板7的正极进液内孔71、正极进液边槽72，正极半电池的绝缘板6、双极板4、液流框2的正极液流通孔10，正极半电池的多孔电极3，正极半电池的液流框2的正极集液孔30，离子交换膜1的正极集液孔30，负极半电池的液流框2、双极板4、绝缘板6的正极集液孔30后由负极进液端板8的正极出液内孔85流出圆形液流电池；负极电解液依次流经负极进液端板8的负极进液内孔81、负极进液边槽83，负极半电池的绝缘板6、双极板4、液流框2的负极液流通孔20，负极半电池的多孔电极3，负极半电池的液流框2的负极集液孔40，离子交换膜1的负极集液孔40，正极半电池的液流框2、双极板4、绝缘板6的负极集液孔40后由正极进液端板7的负极出液内孔75流出圆形液流电池。
当圆形液流电池包括依次排列的负极进液端板8、正极半电池（包括依次排列的嵌设有集流板5的绝缘板6、双极板4和嵌设由多孔电极3的液流框2）、离子交换膜1、负极半电池（包括依次排列的嵌设有多孔电极3的液流框2、双极板4和嵌设由集流板5的绝缘板6）、正极进液端板7。在进行充放电时，正极电解液依次流经正极进液端板7的正极进液内孔71、正极进液边槽72，负极半电池的绝缘板6、双极板4、液流框2的正极液流通孔10，离子交换膜1的正极液流通孔10，正极半电池的液流框2的正极液流通孔10，正极半电池的多孔电极3，正极半电池的液流框2、双极板4、绝缘板6的正极集液孔30后由负极进液端板8的正极出液内孔85流出圆形液流电池；负极电解液依次流经负极进液端板8的负极进液内孔81、负极进液边槽83，正极半电池的绝缘板6、双极板4、液流框2的负极液流通孔20，离子交换膜1的负极液流通孔20，负极半电池的液流框2的负极液流通孔20，负极半电池的多孔电极3，负极半电池的液流框2、双极板4、绝缘板6的负极集液孔40后由正极进液端板7的负极出液内孔75流出圆形液流电池。
如图8、图9、图20至图22所示，正极进液端板7和负极进液端板8在圆形液流电池中的排布方式为方式三或方式四，方式三为：正极进液端板7设置在靠近正极半电池的一侧，且负极进液端板8设置在正极进液端板7与正极半电池之间，负极半电池的双极板4和绝缘板6的圆心周围处均设置有正极电解液导出孔50和负极电解液导出孔60；方式四为：负极进液端板8设置在靠近负极半电池的一侧，正极进液端板7设置在负极半电池与负极进液端板8之间，正极半电池的双极板4和绝缘板6的圆心周围处均设置有正极电解液导出孔50和负极电解液导出孔60；当正极进液端板7和负极进液端板8在圆形液流电池中的排布方式为方式三或方式四时，远离正极进液端板7和负极进液端板8的绝缘板6具有凹槽的侧面还包括与该绝缘板6同心设置的圆柱形突起平台61，该绝缘板6的正极电解液导出孔50设置在圆柱形突起平台61中，凹槽包括圆环形主体部62和外延部63，圆环形主体部62围绕圆形突起平台61且与该绝缘板6同心设置；外延部63为圆环形主体部62向该绝缘板6的边缘延伸出的条状凹槽，集流板5嵌设在凹槽中且嵌设于外延部63的部分向绝缘板6的外部继续延伸；靠近正极进液端板7和负极进液端板8的绝缘板6的凹槽包括圆柱形主体部64和外延部63，圆柱形主体部64与该绝缘板6同心设置；外延部63为圆柱形主体部64向该绝缘板6的边缘延伸出的条状凹槽，集流板5嵌设在凹槽中且嵌设于外延部63的部分向该绝缘板6的外部继续延伸。
当正极进液端板7和负极进液端板8设置在同一侧时，正极半电池的绝缘板6和负极半电池的绝缘板6结构可以相同也可以不同，优选上述不同的设计结构。
当圆形液流电池包括依次排列的正极进液端板7、负极进液端板8、正极半电池（包括依次排列的嵌设有集流板5的绝缘板6、双极板4和嵌设由多孔电极3的液流框2）、离子交换膜1、负极半电池（包括依次排列的嵌设有多孔电极3的液流框2、双极板4和嵌设由集流板5的绝缘板6）。在进行充放电时，正极电解液依次流经正极进液端板7的正极进液内孔71、正极进液边槽72，负极进液端板8的正极进液边孔82，正极半电池的绝缘板6、双极板4、液流框2的正极液流通孔10，正极半电池的多孔电极3，正极半电池的液流框2的正极集液孔30，离子交换膜1的正极集液孔30，负极半电池的液流框2、双极板4、绝缘板6的正极集液孔30流出圆形液流电池；负极电解液依次流经正极进液端板7的负极进液导流孔73、负极进液端板8的负极进液内孔81、负极进液边槽83，正极半电池的绝缘板6、双极板4、液流框2的负极液流通孔20，离子交换膜1的负极液流通孔20，负极半电池的液流框2的负极液流通孔20，负极半电池的多孔电极3，负极半电池的液流框2、双极板4、绝缘板6的负极集液孔40流出圆形液流电池。
当圆形液流电池包括依次排列的负极进液端板8、正极进液端板7、正极半电池（包括依次排列的嵌设有集流板5的绝缘板6、双极板4和嵌设由多孔电极3的液流框2）、离子交换膜1、负极半电池（包括依次排列的嵌设有多孔电极3的液流框2、双极板4和嵌设由集流板5的绝缘板6）。在进行充放电时，正极电解液依次流经负极进液端板8的正极导流通孔，正极进液端板7的正极进液内孔71、正极进液边槽72，正极半电池的绝缘板6、双极板4、液流框2的正极液流通孔10，正极半电池的多孔电极3，正极半电池的液流框2的正极集液孔30，离子交换膜1的正极集液孔30，负极半电池的液流框2、双极板4、绝缘板6的正极集液孔30流出圆形液流电池；负极电解液依次流经负极进液端板8的负极进液内孔81、负极进液边槽83，正极进液端板7的负极导流通孔，正极半电池的绝缘板6、双极板4、液流框2的负极液流通孔20，离子交换膜1的负极液流通孔20，负极半电池的液流框2的负极液流通孔20，负极半电池的多孔电极3，负极半电池的液流框2、双极板4、绝缘板6的负极集液孔40流出圆形液流电池。
如图4和图23所示，本发明的圆形液流电池的各组件在组装时可以采用多种组装方式比如螺栓连接、粘结、铆接等，优选正极进液端板7、负极进液端板8、绝缘板6、双极板4、液流框2和离子交换膜1通过螺纹紧固件固定在一起。在正极进液端板7、负极进液端板8、绝缘板6、双极板4、液流框2和离子交换膜1分别制作位置对应的螺栓孔，然后使螺钉穿过螺栓孔将各组件固定为一体。
如图18所示，一种圆形液流电池堆，液流电池堆包括上述的圆形液流电池，且以圆形液流电池的离子交换膜1、圆形液流电池的正极半电池的多孔电极3和液流框2、圆形液流电池的负极半电池的多孔电极3和液流框2、以及一个阻隔双极板9为组合单元重复排列，在该组合单元中，多孔电极3嵌设在与其对应的液流框2中，正极半电池的液流框2与负极半电池的液流框2设置在离子交换膜1的两侧，阻隔双极板9设置在液流框2的远离离子交换膜1的一侧，且阻隔双极板9包括正极电解液流通内孔91、负极电解液流通内孔92、正极电解液流通边孔93和负极电解液流通边孔94，正极电解液流通内孔91和负极电解液流通内孔92间隔设置在阻隔双极板9的圆心周围处；正极电解液流通边孔93与圆形液流电池的正极进液端板7的正极进液边槽72对应且相互连通；负极电解液流通边孔94与圆形液流电池的负极进液端板8的负极进液边槽83对应且相互连通。
具有上述结构的圆形电池堆，由于电解液以一种均匀的状态进入多孔电极3进行均匀反应，进而实现了减小浓差极化以及增加电池效率的效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种圆形液流电池，其特征在于，所述圆形液流电池包括：
正极半电池；
负极半电池；
圆形的离子交换膜(1)，设置在所述正极半电池和所述负极半电池之间；
两个分别向所述正极半电池和所述负极半电池提供电解液的圆形的进液端板，设置在所述圆形液流电池的第一端部和/或第二端部，各所述进液端板分别包括：
圆形的进液内孔，设置在所述进液端板的圆心周围处；
多个相互隔离的圆形的进液边槽，沿所述进液端板的周向均匀排布，各所述进液边槽将所述进液内孔与所述正极半电池或所述负极半电池连通，
其中，各所述进液端板背离所述离子交换膜(1)的第一表面为平面，朝向所述离子交换膜(1)的第二表面包括：
与所述进液端板同心的圆形凹陷部，所述进液内孔设置在所述圆形凹陷部中，所述进液边槽设置在所述圆形凹陷部外围靠近所述进液端板边缘的位置，且两个所述进液端板的圆形凹陷部大小相等；
多个导流槽，设置在所述进液边槽与所述圆形凹陷部之间将所述电解液由所述进液内孔导流至所述进液边槽。
2.根据权利要求1所述的圆形液流电池，其特征在于，所述导流槽的深度与所述圆形凹陷部的深度相同。
3.根据权利要求2所述的圆形液流电池，其特征在于，各所述进液端板的所述进液边槽和所述导流槽均为四个。
4.根据权利要求1所述的圆形液流电池，其特征在于，两个所述进液端板由外到内依次设置在所述圆形液流电池的同一端部，
位于外侧的所述进液端板还包括与位于内侧的所述进液端板的进液内孔位置对应且连通的圆形的进液导流孔，且所述进液导流孔的深度与所述位于外侧的进液端板的厚度相同；
所述位于内侧的进液端板还包括：
多个圆形的进液边孔，与所述位于外侧的进液端板的进液边槽对应且连通；
圆柱体，与所述位于外侧的进液端板的进液内孔相对应且厚度与所述位于内侧的进液端板的厚度相同。
5.根据权利要求1所述的圆形液流电池，其特征在于，两个所述进液端板分别设置在所述离子交换膜(1)的第一端部和第二端部，任意一个进液端板的圆形凹陷部还设置有将来自另一个进液端板的电解液导出所述圆形液流电池的圆形的出液内孔，且所述出液内孔的深度与其所在的进液端板的厚度相同。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的圆形液流电池，其特征在于，所述正极半电池和所述负极半电池分别包括：
液流框(2)，设置在所述离子交换膜(1)的一侧，所述液流框(2)包括同心设置且相互连接的环形框(21)和圆板(22)；
多孔电极(3)，嵌设在所述液流框(2)的环形框(21)与圆板(22)之间；
双极板(4)，设置在所述多孔电极(3)远离所述离子交换膜(1)的一侧；
绝缘板(6)，设置在所述双极板(4)远离所述多孔电极(3)的一侧，靠近所述双极板(4)的侧面具有凹槽；
集流板(5)，嵌设在所述绝缘板(6)的所述凹槽中；
两个所述进液端板分别为正极进液端板(7)和负极进液端板(8)，所述正极进液端板(7)的进液内孔为正极进液内孔(71)、所述正极进液端板(7)的进液边槽为正极进液边槽(72)；所述负极进液端板(8)的进液内孔为负极进液内孔(81)、所述负极进液端板(8)的进液边槽为负极进液边槽(83)，
其中：
所述正极进液端板(7)设置在靠近所述正极半电池的一侧，来自所述正极进液内孔(71)的正极电解液依次经过所述正极半电池的绝缘板(6)、双极板(4)和液流框(2)进入所述正极半电池的多孔电极(3)进行反应；或
所述正极进液端板(7)设置在远离所述正极半电池的一侧，来自所述正极进液内孔(71)的正极电解液依次经过所述负极半电池的绝缘板(6)、双极板(4)、液流框(2)、离子交换膜(1)和正极半电池的液流框(2)进入所述正极半电池的多孔电极(3)进行反应；或
所述负极进液端板(8)设置在靠近所述负极半电池的一侧，来自所述负极进液内孔(81)的负极电解液依次经过所述负极半电池的绝缘板(6)、双极板(4)和液流框(2)进入所述负极半电池的多孔电极(3)进行反应；或
所述负极进液端板(8)设置在远离所述负极半电池的一侧，来自所述负极进液内孔(81)的负极电解液依次经过所述正极半电池的绝缘板(6)、双极板(4)、液流框(2)、离子交换膜(1)和所述负极半电池的液流框(2)进入所述负极半电池的多孔电极(3)进行反应。
7.根据权利要求6所述的圆形液流电池，其特征在于，
所述离子交换膜(1)、双极板(4)、液流框(2)和靠近所述正极进液端板(7)或所述负极进液端板(8)的所述绝缘板(6)均具有：
与所述正极进液边槽(72)相对应的圆形的正极液流通孔(10)，所述正极半电池的多孔电极(3)与所述正极液流通孔(10)相连通；
与所述负极进液边槽(83)相对应的圆形的负极液流通孔(20)，所述负极半电池的多孔电极(3)与所述负极液流通孔(20)相连通；所述离子交换膜(1)和所述液流框(2)的所述圆板(22)上分别设置有：
圆形的正极集液孔(30)，与所述正极半电池的多孔电极(3)相连通；
圆形的负极集液孔(40)，与所述负极半电池的多孔电极(3)相连通。
8.根据权利要求7所述的圆形液流电池，其特征在于，所述液流框(2)靠近所述离子交换膜(1)的侧面为平面，所述液流框(2)的所述圆板(22)的厚度小于所述环形框(21)的厚度，且所述环形框(21)和所述圆板(22)之间通过连接板(23)相连，所述环形框(21)、所述圆板(22)与连接板(23)之间围成扇形区域，所述多孔电极(3)嵌设在所述扇形区域内。
9.根据权利要求7所述的圆形液流电池，其特征在于，
所述绝缘板(6)具有所述凹槽的侧面还包括与所述绝缘板(6)同心设置的圆柱形突起平台(61)，所述凹槽包括：
圆环形主体部(62)，围绕所述圆柱形突起平台(61)且与所述绝缘板(6)同心设置；
外延部(63)，所述外延部(63)为所述圆环形主体部(62)向所述绝缘板(6)的边缘延伸出的条状凹槽，所述集流板(5)嵌设在所述凹槽中且嵌设于所述外延部(63)的部分向所述绝缘板(6)的外部继续延伸；
其中，所述正极进液端板(7)和所述负极进液端板(8)在所述圆形液流电池中的排布方式为方式一或方式二，
所述方式一为：所述正极进液端板(7)设置在靠近所述正极半电池的一侧，所述负极进液端板(8)设置在靠近所述负极半电池的一侧，所述双极板(4)的圆心周围处和所述绝缘板(6)的圆形突起平台(61)均设置有正极集液孔(30)和负极集液孔(40)；
所述方式二为：所述正极进液端板(7)设置在远离所述正极半电池的一侧，所述负极进液端板(8)设置在远离所述负极半电池的一侧，所述双极板(4)的圆心周围处和所述绝缘板(6)的圆形突起平台(61)均设置有正极集液孔(30)和负极集液孔(40)。
10.根据权利要求7所述的圆形液流电池，其特征在于，
所述正极进液端板(7)和所述负极进液端板(8)在所述圆形液流电池中的排布方式为方式三或方式四，
所述方式三为：所述正极进液端板(7)设置在靠近所述正极半电池的一侧，且所述负极进液端板(8)设置在所述正极进液端板(7)与所述正极半电池之间，所述负极半电池的双极板(4)和绝缘板(6)的圆心周围处均设置有圆形的正极电解液导出孔(50)和圆形的负极电解液导出孔(60)；
所述方式四为：所述负极进液端板(8)设置在靠近所述负极半电池的一侧，所述正极进液端板(7)设置在所述负极半电池与所述负极进液端板(8)之间，所述正极半电池的双极板(4)和绝缘板(6)的圆心周围处均设置有正极电解液导出孔(50)和负极电解液导出孔(60)；
当所述正极进液端板(7)和所述负极进液端板(8)在所述圆形液流电池中的排布方式为方式三或方式四时，
远离所述正极进液端板(7)和所述负极进液端板(8)的绝缘板(6)具有所述凹槽的侧面还包括与该所述绝缘板(6)同心设置的圆柱形突起平台(61)，该所述绝缘板(6)的正极电解液导出孔(50)设置在所述圆柱形突起平台(61)中，所述凹槽包括：
圆环形主体部(62)，围绕所述圆柱形突起平台(61)且与该所述绝缘板(6)同心设置；
外延部(63)，所述外延部(63)为所述圆环形主体部(62)向该所述绝缘板(6)的边缘延伸出的条状凹槽，所述集流板(5)嵌设在所述凹槽中且嵌设于所述外延部(63)的部分向所述绝缘板(6)的外部继续延伸；
靠近所述正极进液端板(7)和所述负极进液端板(8)的绝缘板(6)的所述凹槽包括：
圆形主体部(64)，与该所述绝缘板(6)同心设置；
外延部(63)，所述外延部(63)为所述圆形主体部(64)向该所述绝缘板(6)的边缘延伸出的条状凹槽，所述集流板(5)嵌设在所述凹槽中且嵌设于所述外延部(63)的部分向该所述绝缘板(6)的外部继续延伸。
11.根据权利要求7所述的圆形液流电池，其特征在于，所述正极进液端板(7)、负极进液端板(8)、绝缘板(6)、双极板(4)、液流框(2)和离子交换膜(1)通过螺纹紧固件固定在一起。
12.一种圆形液流电池堆，其特征在于，所述液流电池堆包括权利要求1至11中任一项所述的圆形液流电池，且以所述圆形液流电池的离子交换膜(1)、所述圆形液流电池的正极半电池的多孔电极(3)和液流框(2)、所述圆形液流电池的负极半电池的多孔电极(3)和液流框(2)、以及一个阻隔双极板(9)为组合单元重复排列，在所述组合单元中，所述多孔电极(3)嵌设在与其对应的所述液流框(2)中，所述正极半电池的液流框(2)与所述负极半电池的液流框(2)设置在所述离子交换膜(1)的两侧，所述阻隔双极板(9)设置在所述液流框(2)的远离所述离子交换膜(1)的一侧，且所述阻隔双极板(9)包括：
圆形的正极电解液流通内孔(91)和负极电解液流通内孔(92)，间隔设置在所述阻隔双极板(9)的圆心周围处；
圆形的正极电解液流通边孔(93)，与所述圆形液流电池的正极进液端板(7)的正极进液边槽(72)对应且相互连通；
圆形的负极电解液流通边孔(94)，与所述圆形液流电池的负极进液端板(8)的负极进液边槽(83)对应且相互连通。
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