CN105810987A - 液流电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种液流电池，液流电池包括：离子交换膜；多个电极，离子交换膜的两侧分别设置有一个电极；夹持在电极和离子交换膜两侧的至少两块集流板，集流板的朝向电极的一侧的表面上具有处理区域，处理区域的至少一部分与电极接触反应，处理区域的表面粗糙度大于等于6.4微米且小于等于50微米。本发明解决了现有技术中的液流电池的电极极化过大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电池领域，具体而言，涉及一种液流电池。
背景技术
现有的液流电池的集流板的与电极接触的表面过于光滑，增大了液流电池的电极极化，进而降低了液流电池的输出电压；而且在液流电池进行一体化装配后，液流电池的集流板不能为电极提供足够大的静摩擦力，从而使电极相对于集流板的位置容易发生变化，影响电池的稳定性，从而降低了液流电池的整体性能。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种液流电池，以解决现有技术中的液流电池的电极极化过大的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种液流电池，液流电池包括：离子交换膜；多个电极，离子交换膜的两侧分别设置有一个电极；夹持在电极和离子交换膜两侧的至少两块集流板，集流板的朝向电极的一侧的表面上具有处理区域，处理区域的至少一部分与电极接触反应，处理区域的表面粗糙度大于等于6.4微米且小于等于50微米。
进一步地，处理区域覆盖电极的朝向集流板一侧的端面。
进一步地，处理区域的面积等于集流板的朝向电极一侧的表面的面积。
进一步地，处理区域的面积等于电极的朝向集流板一侧的端面的面积。
进一步地，集流板的朝向电极的一侧的表面被分为：处理区域；绕处理区域的周向包围处理区域的光滑区域，处理区域的面积大于电极的朝向集流板一侧的端面的面积。
进一步地，电极的朝向集流板一侧的端面覆盖处理区域。
进一步地，处理区域具有多个处理子区域，多个处理子区域彼此间隔设置在集流板的朝向电极的一侧的表面上。
进一步地，电极为两个，集流板为两个，离子交换膜、两个电极和两个集流板构成单电池，集流板上开设有用于电解液流入和流出的两个液流孔，两个液流孔分别位于处理区域的两侧。
进一步地，液流孔包括沿液流孔的贯通方向顺次连接的第一扩孔段、直孔段和第二扩孔段，第一扩孔段和第二扩孔段的孔截面积大于直孔段的孔截面积。
进一步地，第一扩孔段的孔截面积沿远离直孔段的方向逐渐增大，第二扩孔段的孔截面积沿远离直孔段的方向逐渐增大。
应用本发明的技术方案，通过在集流板的朝向电极的一侧的表面上具有处理区域，处理区域的至少一部分与电极接触反应，处理区域的表面粗糙度大于等于6.4微米且小于等于50微米。由于设置了表面粗糙度大于等于6.4微米且小于等于50微米的处理区域，改变了液流电池的集流板的表面特性，增大了集流板的表面和电极的表面之间的接触面积，从而减小了集流板与电极之间的接触电阻，降低了液流电池反应过程中的欧姆极化；同时还增大了集流板与电解液之间有效的接触面积，从而增多了液流电池内部的电位等势点，增大了液流电池内部的反应区域面积，改善了液流电池中电化学反应的分布均匀性，降低了液流电池的反应活化极化，进而降低了液流电池在电化学反应过程中的整体电极极化。
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示出了本发明的液流电池的分解结构示意图；
图2示出了图1中的液流电池的标示有投影区域的集流板的结构示意图；
图3示出了图1中的液流电池的集流板的一种可选实施例的结构示意图；
图4示出了图1中的液流电池的集流板的另一种可选实施例的结构示意图；
图5示出了图1中的液流电池的集流板的另一种可选实施例的结构示意图；
图6示出了图1中的液流电池的集流板的另一种可选实施例的结构示意图；以及
图7示出了图1中的液流电池的集流板的另一种可选实施例的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、离子交换膜；20、电极；30、集流板；31、液流孔；40、处理区域；41、处理子区域；50、液流框；51、容纳槽；52、引流部；60、光滑区域；70、固定孔；80、定位孔；90、定位槽；100、投影区域。
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。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。
为了解决现有技术中的液流电池的电极极化过大的问题，本发明提供了一种液流电池。
如图1至图7所示，液流电池包括离子交换膜10、多个电极20和夹持在电极20和离子交换膜10两侧的至少两块集流板30，离子交换膜10的两侧分别设置有一个电极20；集流板30的朝向电极20的一侧的表面上具有处理区域40，处理区域40的至少一部分与电极20接触反应，处理区域40的表面粗糙度大于等于6.4微米且小于等于50微米。
通过在集流板30的朝向电极20的一侧的表面上具有处理区域40，处理区域40的至少一部分与电极20接触反应，处理区域40的表面粗糙度大于等于6.4微米且小于等于50微米。由于设置了表面粗糙度大于等于6.4微米且小于等于50微米的处理区域40，改变了液流电池的集流板30的表面特性，增大了集流板30的表面和电极20的表面之间的接触面积，从而减小了集流板30与电极20之间的接触电阻，降低了液流电池反应过程中的欧姆极化；同时还增大了集流板30与电解液之间有效的接触面积，从而增多了液流电池内部的电位等势点，增大了液流电池内部的反应区域面积，改善了液流电池中电化学反应的分布均匀性，降低了液流电池的反应活化极化，进而降低了液流电池在电化学反应过程中的整体电极极化减少了能量损耗。
不仅如此，由于改变了液流电池的集流板30的表面特性，集流板30能够为与其接触的电极20提供足够大的静摩擦力，避免了液流电池在运输或者使用过程中，由于晃动或者震颤等因素造成电极20与集流板30相对位置变化而影响液流电池的性能，从而提高了液流电池使用的可靠性。
可选地，电极20是多孔电极。
如图2所示，液流电池的电极20在与其接触设置的集流板30的投影的范围为图中虚线示处的投影区域100。
如图3至图5所示，处理区域40覆盖电极20的朝向集流板30一侧的端面。这样，使电极20的朝向集流板30一侧的表面全部与处理区域40接触，有效地保证了液流电池的反应效率，确保了降低液流电池在电化学反应中的电极极化的有效性。
如图3所示，在本发明的一种可选实施例中，集流板30上的处理区域40的面积等于集流板30的朝向电极20一侧的表面的面积。这样，液流电池的朝向电极20一侧的表面全部被设置成处理区域40，确保了电极20的朝向集流板30一侧的表面全部与处理区域40接触，从而保证了液流电池在电化学反应过程中的电极极化达到最小程度，充分地改善了液流电池电化学反应的均匀性，最大化地减小了液流电池整体的电极极化，进而减少了液流电池在电化学反应中的能量损耗，同时还能够使电极20与集流板30之间的静摩擦力阻力更大，提高了液流电池工作的稳定性。
当然，在充分发挥处理区域40的功能作用的前提下，为了进一步降低集流板30的加工难度，减小集流板30的制造成本，如图4所示，在本发明的另一种可选实施例中，集流板30的处理区域40的面积等于电极20的朝向集流板30一侧的端面的面积。
可选地，如图5所示，在本发明的另一种可选实施例中，集流板30的朝向电极20的一侧的表面被分为处理区域40和绕处理区域40的周向包围处理区域40的光滑区域60；处理区域40的面积大于电极20的朝向集流板30一侧的端面的面积。这样，不仅可以保证电极20的朝向集流板30一侧的表面全部与处理区域40接触，还降低了集流板30和电极20之间的密封难度，而且绕处理区域40的周向包围处理区域40的光滑区域60还能作为集流板30与电极20之间的一次密封，防止电解液从液流电池内部逃逸，提高了液流电池使用的可靠性。
可选地，为了确保处理区域40的面积小于电极20的朝向集流板30一侧的端面的面积，使处理区域40的面积与电极20的朝向集流板30一侧的端面的面积的比例可以随意调节，并且在处理区域40提高液流电池反应效率的同时不影响电解液在电极20内的流动效果。
如图6所示，在本发明的另一种可选实施例中，电极20的朝向集流板30一侧的端面覆盖处理区域40。
如图7所示，在本发明的另一种可选实施例中，集流板30上的处理区域40具有多个处理子区域41，多个处理子区域41彼此间隔设置在集流板30的朝向电极20的一侧的表面上。这样，提高了电解液在电极20内的流动性，并增加了电解液在电极20内的导流效果及均匀分布性，使电解液在电极20内分布均匀从而能充分与多个处理子区域41接触，从而更有效地减小液流电池在电化学反应时的电极极化。
如图1所示，在本发明的一种可选实施例中，电极20为两个，集流板30为两个，离子交换膜10、两个电极20和两个集流板30构成单电池，集流板30上开设有用于电解液流入和流出的两个液流孔31，两个液流孔31分别位于处理区域40的两侧。这样，使单电池具有功能完整性。由于两个液流孔31分别位于处理区域40的两侧，从而增长了电解液在液流电池内的流动路径，使电解液在液流电池内部进行电化学反应更加充分，使液流电池供电更加持久，提高了液流电池使用的稳定性。
可选地，处理区域40呈圆形、正方形、长方形、椭圆形、三角形和等边多边形中的一种。这样，提高了液流电池的集流板的适配性，使处理区域40能够适应电极20的各种形状的与处理区域40接触的表面形状。
可选地，本发明中的处理区域40可以通过化学腐蚀、高温煅烧、喷砂工艺或砂轮打磨等方法进行构造。
在一个未图示的可选实施例中，液流孔31包括沿液流孔31的贯通方向顺次连接的第一扩孔段、直孔段和第二扩孔段，第一扩孔段和第二扩孔段的孔截面积大于直孔段的孔截面积。这样，当电解液在流入在液流孔31处流入液流电池内时，电解液的流入量在第一扩孔段处被增大，从而有利于电解液流入到液流电池内部，使电解液得到了持续的供应；具体而言，第一扩孔段和第二扩孔段的孔截面积大于直孔段的孔截面积，这样使得电解液在第一扩孔段的液流孔31大量积聚，有利于流入到液流电池内部，电解液在液流孔31内的直孔段的流动速度瞬间增大，增大了电解液的动能，提高了电解液在电极20内的流动性，电解液还能够在第二扩孔段得到充分的释放，从而保证了电解液充分释放到电极20内，确保了液流电池内的电化学反应的可靠性，进而保证了液流电池使用的稳定性。
可选地，第一扩孔段的孔截面积沿远离直孔段的方向逐渐增大，第二扩孔段的孔截面积沿远离直孔段的方向逐渐增大。这样能够使电解液在液流孔31的流动速度缓慢地增加，避免了电解液在液流孔31的速度突变，防止了电解液长期对液流孔31冲刷而破坏液流电池结构，从而增加了液流电池的使用寿命，而且还能减小电解液进入和流出液流孔31受到的阻力损失，进一步降低能量的损耗。
如图1所示，液流电池还包括液流框50，液流框50夹持在集流板30与离子交换膜10之间。液流框50具有容纳槽51，电极20嵌设在容纳槽51中。至少两个液流孔31与容纳槽51构成了液流电池的主流道。这样形成了结构完成的液流电池。
可选地，在一个未图示的可选实施例中，液流电池还具有密封部，密封部包括设置在液流框50两侧表面的外周缘上的第一密封件和设置在集流板30上与第一密封件配合的第二密封件，当液流电池装配完成后，第一密封件和第二密封件配合夹紧，对液流电池内部的离子交换膜10和电极20进行密封，有效地避免了电解液外溢的现象发生，提高了液流电池工作的稳定性。
可选地，第一密封件是开设在液流框50上的密封凸起或密封槽，第二密封件是开设在集流板30上的与密封凸起配合的密封槽或密封凸起；进一步可选地，在第一密封件和第二密封件之间还设置有第三密封件，优先地，第三密封件是具有弹性的密封圈。
如图1所示，集流板30、离子交换膜10和液流框50上均开设有的固定孔70，液流电池还包括穿设在固定孔70中的用于将集流板30、离子交换膜10和液流框50固定连接的紧固件。这样，紧固件穿设在固定孔70中，使液流电池的各部分组件被紧密地固定，从而确保了液流电池不易解体、分散，提高了液流电池装配的可靠性。
如图1所示，液流框50还具有与液流孔31配合的引流部52，引流部52具有分流结构。这样，使电解液被均匀地引流到容纳槽51内，防止电解液逃逸到液流电池外而造成环境污染或对人员造成伤害，而且还能避免电解液不按照既定的流道有效地沿着电解液的主流道可靠地流动，从而保证了电解液流动的稳定性，进而确保了液流电池使用的安全性。
可选地，引流部52是开设在液流框50上的引流槽，引流槽使液流孔31与容纳槽51连通。
如图1所示，集流板30、离子交换膜10和液流框50上均开设有的定位孔80和/或定位槽90。可选地，集流板30、离子交换膜10和液流框50上设置有定位孔80，定位孔80能够配合定位插杆对液流电池的各个结构组件进行准确地装配定位，节省了工作人员对液流电池进行装配的装配时间，降低了劳动力，进而保证了液流电池装配的高效性和便捷性。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
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 (10)
1.一种液流电池，其特征在于，所述液流电池包括：
离子交换膜(10)；
多个电极(20)，所述离子交换膜(10)的两侧分别设置有一个所述电极(20)；
夹持在所述电极(20)和所述离子交换膜(10)两侧的至少两块集流板(30)，所述集流板(30)的朝向所述电极(20)的一侧的表面上具有处理区域(40)，所述处理区域(40)的至少一部分与所述电极(20)接触反应，所述处理区域(40)的表面粗糙度大于等于6.4微米且小于等于50微米。
2.根据权利要求1所述的液流电池，其特征在于，所述处理区域(40)覆盖所述电极(20)的朝向所述集流板(30)一侧的端面。
3.根据权利要求2所述的液流电池，其特征在于，所述处理区域(40)的面积等于所述集流板(30)的朝向所述电极(20)一侧的表面的面积。
4.根据权利要求2所述的液流电池，其特征在于，所述处理区域(40)的面积等于所述电极(20)的朝向所述集流板(30)一侧的端面的面积。
5.根据权利要求2所述的液流电池，其特征在于，所述集流板(30)的朝向所述电极(20)的一侧的表面被分为：
处理区域(40)；
绕所述处理区域(40)的周向包围所述处理区域(40)的光滑区域(60)，所述处理区域(40)的面积大于所述电极(20)的朝向所述集流板(30)一侧的端面的面积。
6.根据权利要求1所述的液流电池，其特征在于，所述电极(20)的朝向所述集流板(30)一侧的端面覆盖所述处理区域(40)。
7.根据权利要求1所述的液流电池，其特征在于，所述处理区域(40)具有多个处理子区域(41)，多个所述处理子区域(41)彼此间隔设置在所述集流板(30)的朝向所述电极(20)的一侧的表面上。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的液流电池，其特征在于，所述电极(20)为两个，所述集流板(30)为两个，所述离子交换膜(10)、两个所述电极(20)和两个所述集流板(30)构成单电池，所述集流板(30)上开设有用于电解液流入和流出的两个液流孔(31)，两个所述液流孔(31)分别位于所述处理区域(40)的两侧。
9.根据权利要求8所述的液流电池，其特征在于，所述液流孔(31)包括沿所述液流孔(31)的贯通方向顺次连接的第一扩孔段、直孔段和第二扩孔段，所述第一扩孔段和所述第二扩孔段的孔截面积大于所述直孔段的孔截面积。
10.根据权利要求9所述的液流电池，其特征在于，所述第一扩孔段的孔截面积沿远离所述直孔段的方向逐渐增大，所述第二扩孔段的孔截面积沿远离所述直孔段的方向逐渐增大。
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