CN103647099A - 液流框组件和液流电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种液流框组件和液流电池。液流框组件包括：第一本体；第二本体，第一本体与第二本体之间形成流道。由于第一本体与第二本体之间形成流道，因而电解液仅在液流框组件内流动，从而使电解液与离子交换膜隔离，避免正、负极电解液与离子交换膜离子交换，进而保证了正、负极电解液容量均衡、保证了液流电池的容量、提高了液流电池的导电性能。同时，本发明中的液流框组件具有结构简单、制造成本低的特点。
Description
技术领域
本发明涉及液流电池技术领域，更具体地，涉及一种液流框组件和液流电池。
背景技术
现有技术中的液流电池堆包括多个依次叠放设置的液流电池。
现有技术中的液流电池包括离子交换膜、电极、液流框和双极板，电极设置在液流框的反应开孔内，且电极和液流框位于离子交换膜和双极板之间，液流框的流道朝向离子交换膜一侧设置。
在液流电池工作时，电解液需要通过流道流入反应开孔内，因而正、负极电解液在流经流道时与离子交换膜充分接触、进行离子交换，从而导致正、负极电解液容量不均衡、导致液流电池堆容量下降、导电性能下降、旁路电流损失，进而导致液流电池堆无法正常运转。
发明内容
本发明旨在提供一种液流框组件和液流电池，以解决现有技术中液流电池容量低、导电性能差的问题。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，提供了一种液流框组件，包括：第一本体；第二本体，第一本体与第二本体之间形成流道。
进一步地，第一本体具有第一进液口、第一出液口、第一导流槽和用于容纳电极的第一反应开孔，第一进液口或第一出液口通过第一导流槽与第一反应开孔连通；第二本体具有用于容纳电极的第二反应开孔，第二反应开孔与第一反应开孔连通且对应设置，第一本体具有第一导流槽的一侧朝向第二本体设置，且第二本体与第一本体的第一导流槽之间形成流道。
进一步地，第一导流槽为蛇形导流槽。
进一步地，第二本体具有：第二进液口，第二进液口与第一进液口连通且对应设置；第二出液口，第二出液口与第一出液口连通且对应设置。
进一步地，第二本体与第一本体镜像对称设置，第二本体具有第二导流槽，第二导流槽与第一导流槽之间形成流道。
进一步地，液流框组件还包括挡块，挡块为多个，多个挡块间隔排列设置在第一导流槽与第一反应开孔连通的开口处，相邻两个挡块之间形成电解液分配沟槽，第一导流槽通过电解液分配沟槽与第一反应开孔连通。
进一步地，第一导流槽与第一反应开孔连通的开口的长度等于第一反应开孔的宽度。
进一步地，第一本体和第二本体是耐酸的绝缘材料制成的。
进一步地，第一导流槽的深度为0.1毫米至2毫米之间。
根据本发明的另一个方面，提供了一种液流电池，包括电极、离子交换膜和液流框组件，电极和液流框组件与离子交换膜贴合设置，液流框组件是上述的液流框组件。
进一步地，液流电池还包括第一密封垫片，第一密封垫片设置在液流框组件的第一本体与第二本体之间。
进一步地，第一密封垫片具有第一避让孔，第一避让孔用于避让液流框组件的流道和电极。
本发明中的液流框组件包括第一本体和第二本体，第一本体与第二本体之间形成流道。由于第一本体与第二本体之间形成流道，因而电解液仅在液流框组件内流动，从而使电解液与离子交换膜隔离，避免正、负极电解液与离子交换膜离子交换，进而保证了正、负极电解液容量均衡、保证了液流电池的容量、提高了液流电池的导电性能。同时，本发明中的液流框组件具有结构简单、制造成本低的特点。
附图说明
构成本申请的一部分的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示意性示出了本发明中的液流框组件的第一本体的结构示意图；
图2示意性示出了图1的背向视图；
图3示意性示出了本发明中的一个优选的实施例中液流框组件的第二本体的结构示意图；
图4示意性示出了本发明中的另一个优选的实施例中液流框组件的第二本体的结构示意图；
图5示意性示出了图4的背向视图；
图6示意性示出了本发明中的第一密封垫片的结构示意图；
图7示意性示出了本发明中的第二密封垫片的结构示意图；
图8示意性示出了本发明中的第一个实施例中液流电池的结构示意图；
图9示意性示出了本发明中的第二个实施例中液流电池的结构示意图；以及
图10示意性示出了本发明中的第三个实施例中液流电池的结构示意图。
图中附图标记：10、第一本体；11、第一进液口；12、第一出液口；13、第一导流槽；14、第一反应开孔；20、第二本体；21、第二反应开孔；22、第二进液口；23、第二出液口；24、第二导流槽；30、挡块；31、电解液分配沟槽；40、电极；50、离子交换膜；60、第一密封垫片；61、第一避让孔；70、第二密封垫片；71、第三进液口；72、第三出液口；73、第二避让孔；80、双极板；90、标记缺口。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
作为本发明的第一个方面，提供了一种液流框组件。如图1至图5所示，液流框组件包括第一本体10和第二本体20，第一本体10与第二本体20之间形成流道。由于第一本体10与第二本体20之间形成流道，因而电解液仅在液流框组件内流动，从而使电解液与离子交换膜50隔离，避免正、负极电解液与离子交换膜50离子交换，进而保证了正、负极电解液容量均衡、保证了液流电池的容量、提高了液流电池的导电性能。同时，本发明中的液流框组件具有结构简单、制造成本低的特点。
如图1至图5所示的实施例中，第一本体10具有第一进液口11、第一出液口12、第一导流槽13和用于容纳电极40的第一反应开孔14，第一进液口11或第一出液口12通过第一导流槽13与第一反应开孔14连通；第二本体20具有用于容纳电极40的第二反应开孔21，第二反应开孔21与第一反应开孔14连通且对应设置，第一本体10具有第一导流槽13的一侧朝向第二本体20设置，且第二本体20与第一本体10的第一导流槽13之间形成流道。
本发明中的第一导流槽13为蛇形导流槽。由于第一导流槽13为蛇形导流槽，因而增加了电解液由主管道至第一反应开孔14之间的液流路径，从而降低了旁路电流，提高了液流电池系统的电流效率。
如图3所示的一个优选的实施例中，第二本体20具有第二进液口22和第二出液口23，第二进液口22与第一进液口11连通且对应设置，第二出液口23与第一出液口12连通且对应设置。由于第二进液口22与第一本体10的第一进液口11对应设置，因而电解液通过主管道依次在第一进液口11、第二进液口22内流动，从而使得电解液可以均匀分布到多个液流电池的液流框组件内，以保证多个液流电池可以同时发生反应，保证了液流电池堆的供电可靠性。由于第二出液口23与第一本体10的第一出液口12对应设置，因而使得电解液经由第二出液口23、第一出液口12流向主管道，从而保证电解液能够循环流动，保证了液流框组件的使用可靠性。
如图4和图5所示的另一个优选的实施例中，第二本体20与第一本体10镜像对称设置，第二本体20具有第二导流槽24，第二导流槽24与第一导流槽13之间形成流道。由于第二本体20设置有与第一导流槽13配合的第二导流槽24，因而电解液在第二导流槽24与第一导流槽13之间形成流道内循环流动，从而使电解液在流道内流动时不会与离子交换膜50接触，从而避免了正、负电解液的离子交换，保证了正、负极电解液容量均衡、保证了液流电池的容量、提高了液流电池的导电性能。
如图1和图4所示的实施例中，液流框组件还包括挡块30，挡块30为多个，多个挡块30间隔排列设置在第一导流槽13与第一反应开孔14连通的开口处，相邻两个挡块30之间形成电解液分配沟槽31，第一导流槽13通过电解液分配沟槽31与第一反应开孔14连通。由于设置有挡块30，因而增加了电解液通过电解液分配沟槽31的时间，也就是增加了电解液在第一导流槽13内的滞留时间，从而增加了旁路电阻、减小了旁路电流，进而保证了液流电池的能力效率、电流效率。或者，增加了电解液通过电解液分配沟槽31的时间，也就是增加了电解液在第一反应开孔14内的滞留时间，从而使电极40与电解液充分反应，进而进一步提高了液流电池的导电性能和电池容量。由于第一导流槽13通过电解液分配沟槽31与第一反应开孔14连通，因而使电解液的流动位置和方向具有可控性，避免电解液在某一处过于集中，造成电极无法与电解液充分反应的问题，从而保证了液流电池的导电性能和运行稳定性。
如图1和图4所示的实施例中，第一导流槽13与第一反应开孔14连通的开口的长度等于第一反应开孔14的宽度。由于上述开口的长度等于第一反应开孔14的宽度，也就是等于电极40的宽度，从而使流经电解液分配沟槽31的电解液均匀分布在电极40的各部分，从而使电极40与电解液充分反应，保证了液流电池的导电性能和容量，提高了液流电池的运行稳定性。
本发明中的第一本体10和第二本体20是耐酸的绝缘材料制成的。当然，液流框组件还可以是塑料材料或其他绝缘高分子材料制成的。优选地，液流框组件是聚氯乙烯或聚丙烯等塑料材料制成的。
优选地，第一导流槽13的深度为0.1毫米至2毫米之间。进一步地，第二导流槽24的深度为0.1毫米至2毫米之间。在第一个优选的实施例中，第一导流槽13的深度为0.1毫米，第二导流槽24的深度为1毫米。在第二个优选的实施例中，第一导流槽13的深度为2毫米，第二导流槽24的深度为0.1毫米。在第三个优选的实施例中，第一导流槽13的深度为1毫米，第二导流槽24的深度为2毫米。
作为本发明的第二个方面，提供了一种液流电池。如图6至图10所示，液流电池包括电极40、离子交换膜50和液流框组件，电极40和液流框组件与离子交换膜50贴合设置，液流框组件是上述的液流框组件。由于设置有液流框组件，因而将电解液限制在液流框组件内流动、将正、负极电解液与离子交换膜50隔开，从而避免正、负极电解液与离子交换膜50离子交换，进而保证了正、负极电解液容量均衡、保证了液流电池的容量、提高了液流电池的导电性能、减少了旁路电流、提高了液流电池的库仑效率。本发明中的电极40设置在液流框组件的第一本体10的第一反应开孔14和第二本体20的第二反应开孔21内。优选地，离子交换膜50为传导阳离子或阴离子而电子绝缘的高分子材料。优选地，电极40为碳毡。
本发明中的液流电池还包括第一密封垫片60，第一密封垫片60设置在液流框组件的第一本体10与第二本体20之间。由于设置有第一密封垫片60，因而提高了第一本体10与第二本体20的密封性能，从而避免电解液从二者的连接缝隙处溢出，提高了液流框组件的连接可靠性和使用可靠性。
如图6和图8所示的实施例中，第一密封垫片60具有第一避让孔61，第一避让孔61用于避让液流框组件的流道和电极40。优选地，第一避让孔61用于避让液流框组件的第一本体10的第一进液口11、第一出液口12、第一导流槽13和第一反应开孔14。由于第一密封垫片60具有第一避让孔61，因而电解液可以在第一导流槽13和第二导流槽24形成的流道内顺畅流动，从而在保证第一本体10与第二本体20密封良好的情况下，仍具有导流顺畅的特点。
本发明中的液流电池还包括第二密封垫片70，第二密封垫片70设置在离子交换膜50与液流框组件的第一本体10之间。由于在液流框组件与离子交换膜50之间设置有第二密封垫片70，因而进一步避免正、负极电解液与离子交换膜50离子交换，从而保证了正、负极电解液容量均衡、保证了液流电池的容量、提高了液流电池的导电性能。同时，提高了液流电池的密封性能，避免电解液渗漏，提高了液流电池的使用可靠性、消除了安全隐患。优选地，第二密封垫片70和/或第一密封垫片60为橡胶等弹性高分子材料。
如图7所示的实施例中，第二密封垫片70具有第三进液口71、第三出液口72和用于避让电极40的第二避让孔73，第三进液口71与液流框组件的第一本体10的第一进液口11连通，第三出液口72与液流框组件的第一本体10的第一出液口12连通，电极40位于第二避让孔73内。由于第二密封垫片70的第三进液口71和第三出液口72分别与液流框组件的第一本体10的第一进液口11和第一出液口12对应连通，因而保证了电解液的流动可靠性和循环稳定性，从而保证了液流电池的运行稳定性和使用可靠性。由于电极40位于第二密封垫片70的第二避让孔73内，因而第二密封垫片70不会影响电极40的反应，从而保证了液流电池的使用可靠性。
如图8至10所示的实施例中，液流电池还包括双极板80、双极板80设置在液流框组件的远离离子交换膜50的一侧。优选地，双极板80为石墨板或者高分子与石墨的导电复合材料。
如图1至图10所示的实施例中，第一密封垫片60、第二密封垫片70、第一本体10、第二本体20、双极板80上均设置有标记缺口90。工作人员在进行液流电池的组装时，通过查看该标记缺口90，可以快速确定各部件之间的连接方向，避免将部件装反，从而提高了液流电池的组装效率和成品质量。
如图8所示的第一个实施例中，第一本体10与具有第二导流槽24的第二本体20组成液流框组件，且第一本体10与第二本体20之间设置有一个第一密封垫片60。由于第一导流槽13和第二导流槽24均为蛇形导流槽，因而增加了电解液由主管道至第一反应开孔14之间的液流路径，从而降低了旁路电流，提高了液流电池系统的电流效率。由于第一导流槽13朝向第二本体20设置，因而电解液仅在液流框组件内流动，从而使电解液与离子交换膜50隔离，避免正、负极电解液与离子交换膜50离子交换，进而保证了正、负极电解液容量均衡、保证了液流电池的容量、提高了液流电池的导电性能。由于第一本体10与第二本体20之间设置有一个第一密封垫片60，因而提高了第一本体10与第二本体20的密封性能，从而避免电解液从二者的连接缝隙处溢出，提高了液流电池的使用可靠性。
如图9所示的第二个实施例中，第一本体10作为液流框组件，且第一本体10具有第一导流槽13的一侧与一个第二密封垫片70贴合设置。由于第一导流槽13为蛇形导流槽，因而增加了电解液由主管道至第一反应开孔14之间的液流路径，从而降低了旁路电流，降低了液流电池系统的电流效率。由于第一导流槽13朝向第二密封垫片70设置，因而电解液仅在液流框组件与第二密封垫片70之间流动，从而使电解液与离子交换膜50隔离，避免正、负极电解液与离子交换膜50离子交换，进而保证了正、负极电解液容量均衡、保证了液流电池的容量、提高了液流电池的导电性能。
如图10所示的第三个实施例中，第一本体10与没有设置第二导流槽24的第二本体20组成液流框组件，且第一本体10与第二本体20之间设置有一个第一密封垫片60。由于第一导流槽13为蛇形导流槽，因而增加了电解液由主管道至第一反应开孔14之间的液流路径，从而降低了旁路电流，降低了液流电池系统的电流效率。由于第一导流槽13朝向第二本体20设置，因而电解液仅在液流框组件内流动，从而使电解液与离子交换膜50隔离，避免正、负极电解液与离子交换膜50离子交换，进而保证了正、负极电解液容量均衡、保证了液流电池的容量、提高了液流电池的导电性能。由于第一本体10与第二本体20之间设置有一个第一密封垫片60，因而提高了第一本体10与第二本体20的密封性能，从而避免电解液从二者的连接缝隙处溢出，提高了液流电池的使用可靠性。
作为本发明的第三个方面，提供了一种液流电池堆。液流电池堆包括多个依次叠放设置的液流电池，该液流电池是上述的液流电池。由于本发明中的液流电池具有导电性能好、容量稳定、运行可靠、电流效率和能力效率高等特点，因而使得本发明中的液流电池堆同样具有上述优点。
本发明中的液流框组件和液流电池具有以下特点：
（1）由于液流框组件的流道为蛇形流道，因而增加了电解液由主管道至第一反应开孔14的反应区之间的液流路径，降低了旁路电流，降低了液流电池系统的电流效率；
（2）由于液流框组件包括相互配合的第一本体10和第二本体20，因而电解液在曲折的流道中流动，不与离子交换膜50接触，从而抑制了正、负极电解液在非反应区的膜内钒离子渗透与水扩散现象，从而提高了电解液的容量稳定性和工作可靠性；
（3）本发明中的液流电池简化了电池堆结构，提高了装配效率。
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)
1.一种液流框组件，其特征在于，包括：
第一本体（10）；
第二本体（20），所述第一本体（10）与所述第二本体（20）之间形成流道。
2.根据权利要求1所述的液流框组件，其特征在于，
所述第一本体（10）具有第一进液口（11）、第一出液口（12）、第一导流槽（13）和用于容纳电极（40）的第一反应开孔（14），所述第一进液口（11）或所述第一出液口（12）通过所述第一导流槽（13）与所述第一反应开孔（14）连通；
所述第二本体（20）具有用于容纳所述电极（40）的第二反应开孔（21），所述第二反应开孔（21）与所述第一反应开孔（14）连通且对应设置，所述第一本体（10）具有所述第一导流槽（13）的一侧朝向所述第二本体（20）设置，且所述第二本体（20）与所述第一本体（10）的所述第一导流槽（13）之间形成所述流道。
3.根据权利要求2所述的液流框组件，其特征在于，所述第一导流槽（13）为蛇形导流槽。
4.根据权利要求2所述的液流框组件，其特征在于，所述第二本体（20）具有：
第二进液口（22），所述第二进液口（22）与所述第一进液口（11）连通且对应设置；
第二出液口（23），所述第二出液口（23）与所述第一出液口（12）连通且对应设置。
5.根据权利要求2所述的液流框组件，其特征在于，所述第二本体（20）与所述第一本体（10）镜像对称设置，所述第二本体（20）具有第二导流槽（24），所述第二导流槽（24）与所述第一导流槽（13）之间形成所述流道。
6.根据权利要求2所述的液流框组件，其特征在于，所述液流框组件还包括挡块（30），所述挡块（30）为多个，多个所述挡块（30）间隔排列设置在所述第一导流槽（13）与所述第一反应开孔（14）连通的开口处，相邻两个所述挡块（30）之间形成电解液分配沟槽（31），所述第一导流槽（13）通过所述电解液分配沟槽（31）与所述第一反应开孔（14）连通。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的液流框组件，其特征在于，所述第一导流槽（13）与所述第一反应开孔（14）连通的开口的长度等于所述第一反应开孔（14）的宽度。
8.根据权利要求1所述的液流框组件，其特征在于，所述第一本体（10）和所述第二本体（20）是耐酸的绝缘材料制成的。
9.根据权利要求2所述的液流框组件，其特征在于，所述第一导流槽（13）的深度为0.1毫米至2毫米之间。
10.一种液流电池，包括电极（40）、离子交换膜（50）和液流框组件，所述电极（40）和所述液流框组件与所述离子交换膜（50）贴合设置，其特征在于，所述液流框组件是权利要求1至9中任一项所述的液流框组件。
11.根据权利要求10所述的液流电池，其特征在于，所述液流电池还包括第一密封垫片（60），所述第一密封垫片（60）设置在所述液流框组件的所述第一本体（10）与所述第二本体（20）之间。
12.根据权利要求11所述的液流电池，其特征在于，所述第一密封垫片（60）具有第一避让孔（61），所述第一避让孔（61）用于避让所述液流框组件的流道和所述电极（40）。
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