CN104518227A - 一种液流电池用集流体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种液流电池用集流体，为一平板状结构，于集流体的二侧表面分别设有凹槽，一侧的凹槽为储液凹槽、一侧的凹槽为电极凹槽，储液凹槽和电极凹槽于集流体的二侧表面相对设置，且于相对设置的凹槽底部设有通孔作为渗液孔，储液凹槽和电极凹槽通过渗液孔相连通。这种集流体结构具有电池效率高，渗液孔为非均匀分布，保证液体沿径向流动的均匀分布；同时省去了液流框，减少了密封元件数量，降低电极厚度，设计制备工艺简单，成本较低。

Description

一种液流电池用集流体
【技术领域】
本发明涉及氧化还原液流电池领域，具体地说是一种液流电池用的集流体。
【背景技术】
随着一次能源的逐渐枯竭、环境问题日益加剧，人类对可再生能源的需求变得越来越迫切。可再生能源逐渐由辅导能源转变为主导能源，为人类生存和发展提供能源支撑。可再生能源中，以风能和太阳能发电的应用最为广泛。但是风光发电具有不连续、不稳定性的特点。为了保证电力质量和电网的安全运行，发展储能技术尤为关键。在大规模储能技术中，液流电池具有功率和容量独立可调，可深度放电，能量效率高等优点，成为目前打规模储能领域的重点技术之一。
液流电池的电解液在电池内部流动时，容易出现流动分布不均匀，甚至流动死区等现象，这种电解液分配不均匀现象严重影响电池效率，导致电解液利用率降低，电池浓差极化恶化，甚至会影响电池寿命。
【发明内容】
本发明涉及一种可以改善电池内电解液流动分布，提高电池性能的液流电池用集流体结构，此设计制备工艺简单，成本较低。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案：
一种液流电池用的集流体，所述集流体为一平板状结构，于集流体的二侧表面分别设有凹槽，一侧的凹槽为储液凹槽、一侧的凹槽为电极凹槽，储液凹槽和电极凹槽于集流体的二侧表面相对设置，且于相对设置的凹槽底部设有通孔作为渗液孔，储液凹槽和电极凹槽通过渗液孔相连通。
所述集流体上设有盲孔作为进液孔，进液孔与储液凹槽相连通；于集流体上设有通孔作为出液孔，出液孔与电极凹槽相连通。于电极凹槽一侧的集流体表面的、电极凹槽四周刻有环状的密封凹槽，其内放置有密封元件，形成线密封结构；密封元件内周边缘和电极凹槽外周边缘之间的环状间隙作为液体流出电极的外圈流道，电极凹槽经该流道与出液口相连通。
所述集流体上的电极凹槽四周刻有0.2mm-2mm深的密封凹槽，密封结构为线密封。密封凹槽宽度为2mm-10mm。密封凹槽内周和电极凹槽外周的间距为0.5mm-5mm；密封元件厚度为0.2mm-2mm。
所述集流体为石墨板、碳素板、或金属板；
所述集流体厚度为1.5mm-15mm；
进液口为盲孔，与储液凹槽相连通；出液口为通孔，出液口和储液槽相分离而经电极凹槽相连通；电极凹槽内放置有电极，电极凹槽底部的非渗液孔区域充当集流区域。
所述集流体上的渗液孔为通孔，孔结构可以为圆形、多边形或异形；渗液孔深度0.5mm-10mm；渗液孔的当量孔径为0.5mm-5mm；
渗液孔的一侧刻有储液凹槽，储液凹槽为0.5mm-2.5mm深的光面凹槽，储液凹槽可以保证电池内流量充分并及时更替；渗液孔另一侧刻有电极凹槽；电极凹槽周边应将所有渗液孔包括在内，凹槽深度为0.2mm-5.8mm。
所述的集流体的电极凹槽内的多孔电极厚度为0.2-6mm。多孔电极压伸比为1-3；电极材料为碳纸、碳毡、或碳布。
液流电池装配时，根据多孔电极内阻力大处孔径较大，阻力小处孔径较小的原则，采用非均匀分布渗液孔结构，可以实现电解液均匀分配；进液口和出液口不直接连通，在储液凹槽的作用下，液体在多孔电极内被迫径向流动。穿过多孔电极的液体最后经出液口流出。保证液体充分渗透多孔电极，降低流动阻力，充分利用电极有效活性位，提高电池效率。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
a)进液口和出液口不直接连通，在储液凹槽的作用下，液体在多孔电极内被迫径向流动。穿过多孔电极的液体最后经出液口流出。保证液体充分渗透多孔电极，降低流动阻力，充分利用电极有效活性位，提高电池效率。
b)渗液孔为非均匀分布，保证液体沿径向流动的均匀分布。
c)所述的液流电池用集流体，省去了液流框，减少了密封元件数量。可降低电极厚度，降低电池欧姆内阻。
d)设计制备工艺简单，成本较低。
【附图说明】
图1：集流体的两侧示意图；
图2：集流体的特征图；
图3：半电池装配图；
图中：1-进液口，2-储液凹槽，3-渗液孔，4-出液口，5-电极凹槽，6-密封凹槽，7-电极外圈流道，8-集流体，9-流道，10-离子传导隔膜，11-多孔电极，12-密封元件，13-端板。
【具体实施方式】
液流电池主要由集流体8、多孔电极11、离子传导隔膜10、多孔电极11、集流体8组成，上述结构依次排列，在两端不锈钢端板13压紧作用下装配成一个完整电池。集流体8和端板13之间，集流体8和离子传导隔膜10之间均有密封元件12进行密封。其中端板13和集流体8间的密封元件采用面密封，集流体8和离子传导隔膜10间采用线密封。电池内电解液流动方式为：电解液通过进液口1流入储液凹槽2，液体充满储液凹槽2后经渗液孔3径向流入多孔电极11，再由多孔电极11外圈流道7的汇集作用，最后通过与电极外圈流道7相连的出液口4流出。
实施例：
集流体厚度为15mm，长宽均为50mm；储液凹槽和电极凹槽长宽均为30mm；储液凹槽深1mm；电极凹槽深3mm，渗液孔为圆孔结构，孔径为1mm，进出液对角线区域孔密度小，远离对角线区域孔密度大；电极凹槽外缘密封凹槽深度为1mm，密封凹槽宽1.5mm。液流电池装配时采用的电极尺寸（长×宽×厚）为30mm×30mm×6mm，电极压伸比为2；密封元件呈长方形的环状，厚1mm，四周宽1mm。80mAcm-2条件下测试的电池能量效率为81.25%，比采用集流体、液流框、无储液凹槽和无渗液孔结构装配的电池效率增加了1%。

Claims (10)

1.一种液流电池用集流体，其特征在于：集流体为一平板状结构，于集流体的二侧表面分别设有凹槽，一侧的凹槽为储液凹槽、一侧的凹槽为电极凹槽，储液凹槽和电极凹槽于集流体的二侧表面相对设置，且于相对设置的凹槽底部设有通孔作为渗液孔，储液凹槽和电极凹槽通过渗液孔相连通。 
2.如权利要求1所述的集流体，其特征在于：于集流体上设有盲孔作为进液孔，进液孔与储液凹槽相连通。 
3.如权利要求1所述的集流体，其特征在于：于集流体上设有通孔作为出液孔，出液孔与电极凹槽相连通。 
4.如权利要求1或3所述的集流体，其特征在于：于电极凹槽一侧的集流体表面的、电极凹槽四周刻有环状的密封凹槽，其内放置有密封元件，形成线密封结构；密封元件内周边缘和电极凹槽外周边缘之间的环状间隙作为液体流出电极的外圈流道，电极凹槽经该流道与出液口相连通。 
5.如权利要求4所述的集流体，其特征在于：电极凹槽四周刻有0.2mm-2mm深的密封凹槽，密封结构为线密封；密封凹槽宽度为2mm-10mm；密封凹槽内周和电极凹槽外周的间距为0.5mm-5mm；密封元件厚度为0.2mm-2mm。 
6.如权利要求1所述的集流体，其特征在于：集流体为石墨板、碳素板、或金属板； 
进液口为盲孔，与储液凹槽相连通；出液口为通孔，出液口和储液槽相分离而经电极凹槽相连通；电极凹槽内放置有电极，电极凹槽底部的非渗液孔区域充当集流区域。 
7.如权利要求5所述的集流体，其特征在于：集流体厚度为1.5mm-15mm。
8.如权利要求1或6所述的集流体，其特征在于：渗液孔为通孔，孔结构可以为圆形、多边形或异形；渗液孔深度0.5mm-10mm；渗液孔的当量孔径为0.5mm-5mm； 
渗液孔的一侧刻有储液凹槽，储液凹槽为0.5mm-2.5mm深的光面凹槽，储液凹槽可以保证电池内流量充分并及时更替； 
渗液孔另一侧刻有电极凹槽；电极凹槽周边应将所有渗液孔包括在内，凹 槽深度为0.2mm-5.8mm。 
9.如权利要求5所述的集流体，其特征在于：电极凹槽内的多孔电极厚度为0.2-6mm；多孔电极压伸比为1-3；电极材料为碳纸、碳毡、或碳布。 
10.如权利要求7所述的集流体，其特征在于： 
液流电池装配时，根据多孔电极内阻力大处孔径较大，阻力小处孔径较小的原则，采用非均匀分布渗液孔结构，可以实现电解液均匀分配。 
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102299348A (zh) * 2010-06-25 2011-12-28 中国科学院大连化学物理研究所 一种液流电池的多孔电极结构及其制备方法
CN102522577A (zh) * 2011-12-31 2012-06-27 中国东方电气集团有限公司 集流板及包括其的液流电池堆
CN102593491A (zh) * 2012-03-14 2012-07-18 中国东方电气集团有限公司 液流电池堆及包括其的电池系统
CN102623721A (zh) * 2012-04-06 2012-08-01 中国东方电气集团有限公司 集流板和包括该集流板的双极集流板、单电池和液流电池
CN202454666U (zh) * 2011-12-31 2012-09-26 中国东方电气集团有限公司 集流板及包括其的液流电池堆

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