CN105322182A - 异形双极板及其液流电池电堆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了异形双极板及其液流电池电堆，异形双极板包括本板，本板为双极板的主体支撑结构，可以为平板形。所述本板的单个表面或双面设有凸体结构。现有液流电池电堆中，电极的空间形状与电极框的中空区域相适应。本发明异形双极板在不改变电极框厚度的条件下，提供具有凸体结构的双极板，从而可减小所需电极的厚度，即本发明异形双极板可配合液流电池电堆薄电极使用。较现有技术相比，本发明提供的异形双极板及液流电池电堆，能在不影响现有电极框流道设置的情况下，降低电极厚度，减小双极板内阻，进而提升电堆的放电功率及电压效率，电堆的放电功率可提高10％-50％，电压效率可提高2％-5％。

Description

异形双极板及其液流电池电堆
技术领域
本发明的涉及液流电池技术领域，特别涉及异形双极板及其液流电池电堆。
背景技术
液流电池系统以其良好的可靠性和安全性、选址自由、容量功率独立设计等优点，越来越受到广泛的关注。其核心部件为液流电池电堆。电堆主要由多孔碳毡电极、离子交换膜、双极板、集流体等部件构成，在电池系统中承担着将电能转化为化学能或将化学能转化为电能的重要职责，其性能的好坏直接影响整个系统的可靠性、安全性和成本。而影响液流电池电堆功率性能的主要因素为电压降，其中主要包括欧姆电压降、电化学活化电压降、浓差极化电压降。在电堆的组成部件中，电极主要功能是为化学反应提供场所、分配电解液并传递电子等，其厚度的大小直接影响着欧姆电压降、电化学活化电压降、浓差极化电压降，进而影响电堆性能。而电极的厚度主要受到电极框厚度和双极板形式的影响。理论上电极厚度越薄电池的电压降越小，性能越好，但是在现有平板双极板技术现状的情况下，将电极减薄则相应的电极框需要减薄，而电极框减薄后将影响电解液分配流道的设置，进而影响电解液分配的均匀性，使得电堆性能降低。为此有必要提出一种新型的双极板，在减薄电极厚度的同时，不影响电极框的厚度和流道分布。
发明内容
基于上述提出的技术问题，本发明提供一种异形双极板，本发明主要通过在双极板表面设置凸体结构，用以填充电极框中因碳毡电极减薄而形成的空隙，达到减小实际需要的电极厚度，并设置相应的导电夹层，继而减小双极板内阻消耗，达到提高电池放电功率及电压效率的目的。
本发明的技术方案为：
异形双极板，包括本板，本发明所述本板为双极板的主体支撑结构，可以为平板形。所述本板的单个表面或双面设有凸体结构。
现有液流电池电堆中，电极的空间形状与电极框的中空区域相适应。本发明异形双极板在不改变电极框厚度的条件下，提供具有凸体结构的双极板，从而可减小所需电极的厚度，即本发明异形双极板可配合液流电池电堆薄电极使用。
本发明所述凸体结构的空间形状及厚度，以填充薄电极与电极框间的空隙为宜。
优选地，凸体结构为矩形平板；具体地，凸体结构可以如图1所示，两对对边均小于本板相应对边，凸体结构也可以如图3所示，其中一对对面小于本板相应的对边，另一对对边等于本板相应的对边。
本发明异形双极板与现有技术的平板双极板相比，可以在不更换原有电极框流道设置的情况下，降低电极厚度，从而降低电池的电压降，并可以通过调整凸体结构的厚度控制实际电极减薄的程度。
优选地，所述凸体结构为平面体(如图2、图4、图6所示)或曲面体(如图7所示)。当凸体结构为曲面体时，可增加双极板与电极之间的接触面积，从而减小接触内阻。
优选地，所述本板内部设有导电夹层，导电夹层被本板包覆。通过控制导电夹层的厚度，可以控制实际双极板的电阻值。所述夹层形状与凸起形状一致，即当凸起为平面体时，导电夹层为平面体；当凸起为曲面体时相应导电夹层为曲面体。
本发明所述本板、凸体结构与所述导电夹层的制作方式可采用热压成型、挤出成型等，制作工艺可以是一次成型或分部多次成型。
优选地，所述本板的厚度为0.5mm～10mm。
优选地，所述凸体结构的高度为0.5mm-5mm。
优选地，所述凸体结构的边缘距离所述本板的边缘1cm-5cm。
优选地，所述导电夹层的厚度为0.2mm-10mm。
优选地，所述导电夹层的边缘距离所述本板的边缘0.5cm-5cm。
优选地，所述本板和所述凸体结构的材质选自石墨、复合碳板或导电塑料；所述导电夹层的材质选自铜、钛、铝等金属导电材料。
本发明还提供一种液流电池电堆，包括以上所述的任意一种异形双极板。
较现有技术相比，本发明提供的异形双极板及液流电池电堆，能在不影响现有电极框流道设置的情况下，降低电极厚度，减小双极板内阻，进而提升电堆的放电功率及电压效率，电堆的放电功率可提高10％-50％，电压效率可提高2％-5％。
附图说明
本发明附图7幅；
图1实施例1双极板正视图；
图2实施例1双极板侧视图；
图3实施例2双极板正视图；
图4实施例2双极板侧视图；
图5实施例3双极板正视图；
图6实施例3双极板侧视图；
图7实施例4双极板侧视图；
图中，1本板，2凸体结构，3导电夹层。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1
如图1、图2所示，本板为矩形平板，厚度1mm。本板的双面均设有凸体结构；凸体结构为矩形平面体，厚度1mm，凸体结构两对对边均小于本板相应对边，凸体结构横向侧边距本板横向侧边10mm，纵向侧边距本板纵向侧边15mm。本板和凸体结构的材质为导电塑料，采用热压一体成型。本体内部未设置导电夹层。组装过程电极框为4mm，采用该方案后，保持压缩比一致时，电极厚度降低1mm，与厚度未减小之前相比，电极功率提高了10％，电压效率提高2％。
实施例2
如图3、图4所示，本板为矩形平板，厚度1mm。本板的双面均设有凸体结构；凸体结构为矩形平面体，厚度2mm，凸体结构其中一对对面小于本板相应的对边，另一对对边等于本板相应的对边，小于本板的侧边距本板侧边10mm，本板和凸体结构的材质为石墨，采用挤出一体成型。本体内部未设置导电夹层。组装过程电极框为4mm，采用该方案后，保持压缩比一致时，电极厚度降低2mm，与厚度未减小之前相比，电极功率提高了20％，电压效率提高3％。
实施例3
如图5、图6所示，本板为矩形平板，厚度1mm。本板的双面均设有凸体结构；凸体结构为矩形平面体，厚度2.5mm，凸体结构其中一对对面小于本板相应的对边，另一对对边等于本板相应的对边，小于本板的侧边距本板侧边10mm。本板和凸体结构的材质为石墨。本体内部设置导电夹层，夹层厚度5mm，材质为铜板。本板、凸体结构、导电夹层采用热压一体成型。组装过程电极框为3.5mm，采用该方案后，保持压缩比一致时，电极厚度降低2.5mm，与厚度未减小之前相比，电极功率提高了50％，电压效率提高5％。
实施例4
如图7所示，本板为矩形平板，厚度1mm。本板的双面均设有凸体结构；凸体结构为矩形曲面体，厚度1.5mm，凸体结构其中一对对面小于本板相应的对边，另一对对边等于本板相应的对边，小于本板的侧边距本板侧边10mm，本板和凸体结构的材质为石墨，采用热压一体成型。本体内部未设置导电夹层。组装过程电极框为3mm，采用该方案后，保持压缩比一致时，电极厚度降低1.5mm，与厚度未减小之前相比，电极功率提高了30％，电压效率提高3％。

Claims (10)

1.异形双极板，包括本板(1)，其特征在于，所述本板(1)的单个表面或双面设有凸体结构(2)。
2.根据权利要求1所述的异形双极板，其特征在于，所述本板(1)的内部设有导电夹层(3)。
3.根据权利要求1或2所述的异形双极板，其特征在于，所述凸体结构(2)为平面体或曲面体。
4.根据权利要求3所述的异形双极板，其特征在于，所述本板(1)的厚度为0.5mm～10mm。
5.根据权利要求3所述的异形双极板，其特征在于，所述凸体结构(2)的高度为0.5mm-5mm。
6.根据权利要求3所述的异形双极板，其特征在于，所述凸体结构(2)的边缘距离所述本板(1)的边缘1cm-5cm。
7.根据权利要求3所述的异形双极板，其特征在于，所述导电夹层(3)的厚度为0.2mm-10mm。
8.根据权利要求3所述的异形双极板，其特征在于，所述导电夹层(3)的边缘距离所述本板(1)的边缘0.5cm-5cm。
9.根据权利要求3所述的异形双极板，其特征在于，所述本板(1)和所述凸体结构(2)的材质选自石墨、复合碳板或导电塑料；所述导电夹层(3)的材质选自金属导电材料。
10.液流电池电堆，包括权利要求1-9任意一项所述的异形双极板。
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