CN105024032A - 极板与电极的配合结构及具有该配合结构的液流电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种极板与电极的配合结构及具有该配合结构的液流电池。该配合结构用于装配液流电池，液流电池包括：极板和电极，极板与电极之间接触设置，极板具有第一接触面，电极具有第二接触面，第一接触面和第二接触面为相互配合的凹凸面。应用本发明的技术方案可以解决现有技术中液流电池的极板与电极之间的接触电阻大而导致电压效率和能量效率降低的问题。

Description

极板与电极的配合结构及具有该配合结构的液流电池
技术领域
本发明涉及液流电池生产制造领域，具体而言，涉及一种极板与电极的配合结构及具有该配合结构的液流电池。
背景技术
在液流电池堆中，如图1所示，电池堆的组成由液流框1、极板2、多孔电极3和离子交换膜4依次叠放串联而成。在现有技术中，极板2与多孔电极3之间的接触面为平面，其中，图1中所示黑色箭头为电解液的主要流动方向。
在液流电池的运行过程中，主要的能量损耗是电化学反应转换过程中带来的极化损失以及电阻欧姆损失，其中，电阻欧姆损失中的电阻包括液流电池中导体本体的电阻以及不同导体之间的接触电阻。在相同的接触材料以及相同的接触压强的前提下，导体之间接触面的接触面积越小，它们之间的接触电阻越大，以至于降低也流电池的电压效率及降低能量效率。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种极板与电极的配合结构及具有该配合结构的液流电池，以解决现有技术中液流电池的极板与电极之间的接触电阻大而导致电压效率和能量效率降低的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种极板与电极的配合结构，用于装配液流电池，液流电池包括：极板和电极，极板与电极之间接触设置，极板具有第一接触面，电极具有第二接触面，第一接触面和第二接触面为相互配合的凹凸面。
进一步地，第一接触面和第二接触面为相互配合的波浪形凹凸面。
进一步地，第一接触面和第二接触面为相互配合的锯齿形凹凸面。
进一步地，第一接触面上具有突出部，第二接触面上具有与突出部配合接触的凹陷部。
进一步地，突出部为多个间隔设置的锥形凸起，凹陷部为多个间隔设置的锥形凹陷。
进一步地，第一接触面是由多个平面依次连接组成的凹凸面，多个平面中的任意平面与水平面之间具有任意角度，且第一接触面与第二接触面之间密封配合。
根据本发明的另一方面，提供了一种液流电池，其包括极板和电极，极板与电极之间具有配合结构，配合结构为前述的配合结构。
进一步地，第一接触面上和/或第二接触面上开设有用于传输电解液的多个流道。
进一步地，第一接触面上的多个流道与第二接触面上的多个流道一一对应地设置。
进一步地，液流电池还包括离子交换膜，其中，极板包括第一极板和第二极板，电极包括第一电极和第二电极，第一极板、第一电极和离子交换膜依次排列且相互接触地设置，且第二极板与第一极板、第二电极与第一电极相对于离子交换膜对称设置。
进一步地，液流电池还包括第一液流框和第二液流框，第一液流框与第二液流框之间形成夹紧空间，第一极板、第一电极、离子交换膜、第二电极、第二极板依次安装在夹紧空间内。
应用本发明的技术方案，该极板与电极的配合结构利用极板的第一接触面与电极的第二接触面接触设置，并且第一接触面与第二接触面为相互配合的凹凸面，对比于现有技术的极板与电极之间的接触面积而言，该配合结构增大了极板与电极之间的接触面积，从而减小了极板与电极之间的接触电阻，这有利于提高液流电池的电压效率和提高液流电池的能量效率。
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示出了现有技术的液流电池的结构示意图；
图2示出了本发明的无流道的极板与电极的配合结构的第一实施例的结构示意图；
图3示出了本发明的无流道的极板与电极的配合结构的第二实施例的结构示意图；
图4示出了本发明的无流道的极板与电极的配合结构的第三实施例的结构示意图；
图5示出了本发明的有流道的极板与电极的配合结构的第一实施例的结构示意图；
图6示出了本发明的有流道的极板与电极的配合结构的第二实施例的结构示意图；
图7示出了图6的极板与电极组合后的沿图6中箭头A方向的剖视结构示意图；
图8示出了本发明的有流道的极板与电极的配合结构的第三实施例的结构示意图；
图9示出了本发明的液流电池的实施例的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、极板；           11、突出部；
101、第一极板；      102、第二极板；
20、电极；           30、流道；
201、第一电极；      202、第二电极；
40、离子交换膜；        51、第一液流框；
52、第二液流框。
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2至图8所示，本发明的极板与电极的配合结构用于装配液流电池，液流电池包括极板10和电极20，本发明的电极20为多孔电极，极板10与电极20之间接触设置，其中，极板10具有第一接触面，电极20具有第二接触面，第一接触面和第二接触面为相互配合的凹凸面。进一步地，极板10与电极20之间的接触面可以是连续接触面的接触形式，也可以是间断接触面的接触形式(当在极板10和/或电极20上开设有流道的时候，极板10与电极20之间的接触形式为间断接触形式)。
对比于现有技术的极板与电极之间的接触面积而言，该配合结构增大了极板与电极之间的接触面积，从而减小了极板与电极之间的接触电阻，这有利于提高液流电池的电压效率和提高液流电池的能量效率。并且，通过极板与电极之间的接触面积的增大，从而增加了极板与电极之间电位等势点，改善了电极内部电化学反应的均匀性，减小了电极整体极化损失，有利于提高液流电池的整体的系统效率。
如图2所示，其为本发明的无流道设计的极板与电极的配合结构的第一实施例，在该配合结构中，第一接触面和第二接触面为相互配合的波浪形凹凸面。
如图3所示，其为本发明的无流道设计的极板与电极的配合结构的第二实施例，在该配合结构中，第一接触面和第二接触面为相互配合的锯齿形凹凸面。
如图4所示，其为本发明的无流道设计的极板与电极的配合结构的第三实施例，在该配合结构中，第一接触面上具有突出部11，第二接触面上具有与突出部配合接触的凹陷部。进一步地，突出部11为多个间隔设置的锥形凸起，凹陷部为多个间隔设置的锥形凹陷。
在另一种可行的实施例中，第一接触面是由多个平面依次依次连接组成的凹凸面，多个平面中的任意平面与上述水平面之间具有任意角度(即多个平面中的任意平面与水平面之间所具有的角度可以是0°到360°之间的任意角度，其中，包括0°或包括360°，此处的水平面为任意选定的参照水平面)。也就是，第一接触面由多个平面依次连接形成，以5个平面连接形成部分第一接触面为例说明第一接触面的形成：第一个平面与水平面具有一定的锐角(以规定一个水平方向为正方向，例如以图7中所示箭头B方向为正方向)，与第一个平面的一个侧边连接的第二个平面则与水平面平行，与第二个平面的侧边连接的第三个平面相对于正方向为钝角，优选为第一个平面相对于第二个平面的平分面的镜像(即第一个平面与第三个平面是关于第二个平面镜像对称的)，与第三个平面连接的第四个平面为水平面(相对于上述水平面而言，第四个平面的高度小于第二个面的高度)，第五个平面为第三个平面相对于第四个平面的平分面的镜像，这样就形成了部分第一接触面的结构形状。依次类推地利用平面连接，从而形成完整的第一接触面。如图6和图7所示，第二接触面与第一接触面以同样的方式形成(第一接触面之间可以开设流道，也可以不开设流道)，并且，第一接触面与第二接触面之间密封配合。当然，除了该优选的实施例之外，调整多个平面中的任意平面与上述水平面之间的夹角，从而形成各种形式的凹凸面，均为可行的实施例。
第一接触面和/或第二接触面上的凹凸面形状可以是波浪形凹凸面、锯齿形凹凸面、凸起凹凸面、凹陷凹凸面的一种或几种的组合，也可以是其他能够增大极板10与电极20之间的接触面积的任意凹凸面，设计制造人员可以根据不同的设计要求，进行灵活调整。
极板10与电极20之间通过不同形式的凹凸面形状的配合进行装配，不仅有利于减小极板10与电极20之间接触电阻，而且，在装配极板10与电极20的过程中，由于极板10与电极20之间的凹凸面是完整地相互配合的，因而使得极板10与电极20之间具有较好的定位作用，因此能够比较简便地将极板10与电极20进行结合装配。
如图5所示，其为本发明的有流道设计的极板与电极的配合结构的第一实施例；如图6和图7所示，其为本发明的有流道设计的极板与电极的配合结构的第二实施例；如图7所示，其为本发明的有流道设计的极板与电极的配合结构的第三实施例。
在有流道设计的配合结构中，第一接触面上和/或第二接触面上开设有用于传输电解液的多个流道30。并且，第一接触面上的多个流道与第二接触面上的多个流道一一对应地设置，当然，第一接触面上的多个流道与第二接触面上的多个流道也可以不对应地设置，第一接触面上的各个流道与第二接触面上的各个流道均分别独立地形成一个流道。此外，还可以只在第一接触面或第二接触面上开设流道，然后将第一接触面与第二接触面密封配合后形成完整的流道。
在有流道设计的第一实施例中，流道的深度是不变的(即整体流道为统一深度的流道；相互独立的多个流道也是具有统一的流道深度)，并且，流道开设在极板10上。在有流道设计的第二实施例中，流道的深度是变化的(即整体的蜿蜒流道中的不同段的深度是不同的；相互独立的多个流道之间，流道具有两种深度，并且，这两种深度的流道有规律地交替设置)，并且，流道开设在极板10上。在有流道设计的第三实施例中，流道深度设计与第二实施例相同，不同之处在于，第三实施例的流道开设在电极20上。并且，第三实施例是具有双电极设计的(即极板10的两侧均设置有电极20)，在该双电极设计的配合结构中，极板10与电极20直接的接触面可以选用同一种形式的凹凸面形状，也可以是不同凹凸面形状之间的组合(在第三实施例中，上电极与极板10的上表面之间的接触面为相互配合波浪形的凹凸面，极板10的下表面与下电极之间的接触面也可以是波浪形的凹凸面；还可以是，极板10的下表面与下电极之间接触面可以是由多个平面依次连接组成的凹凸面，即上述的多个平面连接成的凹凸面)。
在本发明的有流道设计的配合结构中，流道可以是一体设计的流道(即流道为一条蜿蜒曲折的流道，电解液除在流道中自由流动外，同时也通过多孔电极进行流动交换，如图5所示的箭头为电解液的流动路径与流动方向以完成电化学反应)，也可以是多个分别独立的流道(电解液充满在流道中，并且通过多孔电极进行相互流动交换，如图5所示的箭头为电解液的流动路径与流动渗透方向)。
根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种液流电池，与现有技术的液流电池所不同的是，本发明的液流电池包括的极板10与电极20之间的配合结构为前述的配合结构。
在本发明的液流电池中，如图9所示，液流电池还包括离子交换膜40，其中，极板10包括第一极板101和第二极板102，电极20包括第一电极201和第二电极202，第一极板101、第一电极201和离子交换膜40依次排列且相互接触地设置，且第一极板101与第二极板102、第一电极201与第二电极202相对于离子交换膜40对称设置。液流电池通过离子交换膜40进行离子交换，并完成电化学反应，从而产生电能，在图9中，图中所示黑色箭头的方向为电解液流动的方向。
具体地，液流电池还包括第一液流框51和第二液流框52，第一液流框51与第二液流框52之间形成夹紧空间，第一极板101、第一电极201、离子交换膜40、第二电极202、第二极板102依次安装在夹紧空间内。通过第一液流框51与第二液流框52将液流电池的内部构件夹紧，从而形成结构紧凑的液流电池，体积小，而且液流电池具有较好的结构强度。
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 (11)

1.一种极板与电极的配合结构，用于装配液流电池，所述液流电池包括：极板(10)和电极(20)，所述极板(10)与所述电极(20)之间接触设置，其特征在于，所述极板(10)具有第一接触面，所述电极(20)具有第二接触面，所述第一接触面和所述第二接触面为相互配合的凹凸面。
2.根据权利要求1所述的配合结构，其特征在于，所述第一接触面和所述第二接触面为相互配合的波浪形凹凸面。
3.根据权利要求1所述的配合结构，其特征在于，所述第一接触面和所述第二接触面为相互配合的锯齿形凹凸面。
4.根据权利要求1所述的配合结构，其特征在于，所述第一接触面上具有突出部(11)，所述第二接触面上具有与所述突出部配合接触的凹陷部。
5.根据权利要求4所述的配合结构，其特征在于，所述突出部(11)为多个间隔设置的锥形凸起，所述凹陷部为多个间隔设置的锥形凹陷。
6.根据权利要求1所述的配合结构，其特征在于，所述第一接触面是由多个平面依次连接组成的凹凸面，所述多个平面中的任意平面与水平面之间具有任意角度，且所述第一接触面与所述第二接触面之间密封配合。
7.一种液流电池，其包括极板(10)和电极(20)，所述极板(10)与所述电极(20)之间具有配合结构，其特征在于，所述配合结构为权利要求1至6中任一项所述的配合结构。
8.根据权利要求7所述的液流电池，其特征在于，所述第一接触面上和/或第二接触面上开设有用于传输电解液的多个流道(30)。
9.根据权利要求8所述的液流电池，其特征在于，所述第一接触面上的多个流道与所述第二接触面上的多个流道一一对应地设置。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的液流电池，其特征在于，所述液流电池还包括离子交换膜(40)，其中，所述极板(10)包括第一极板(101)和第二极板(102)，所述电极(20)包括第一电极(201)和第二电极(202)，所述第一极板(101)、所述第一电极(201)和所述离子交换膜(40)依次排列且相互接触地设置，且第二极板(102)与所述第一极板(101)、所述第二电极(202)与所述第一电极(201)相对于所述离子交换膜(40)对称设置。
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液流框(51)和第二液流框(52)，所述第一液流框(51)与所述第二液流框(52)之间形成夹紧空间，所述第一极板(101)、所述第一电极(201)、所述离子交换膜(40)、所述第二电极(202)、所述第二极板(102)依次安装在所述夹紧空间内。
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