CN106876762A - 一种含变宽变深交指流道的液流电池用双极板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含变宽变深交指流道的液流电池用双极板，双极板进液流道的宽度大于出液流道的宽度，且进液流道和出液流道的深度自进口至出口方向逐渐减小。本发明提出的双极板，可以进一步强化传质，实现电解液沿进出液口方向速度逐渐增加，以速度梯度平衡浓度梯度引起的浓差极化对电池性能的影响，降低电池浓差极化电阻，提高电池的电压效率、电解液利用率和功率密度。

Description

一种含变宽变深交指流道的液流电池用双极板
技术领域
本发明涉及液流电池领域，特别是一种含变宽变深交指流道的液流电池用双极板结构。
背景技术
液流电池，是采用不同价态的钒离子溶液作为正负极电解液，由外部泵驱动电解液在储液罐和电堆之间循环流动，电解液在电堆中发生氧化还原反应实现充放电过程的电池。液流电池单电池主要由正极、负极、离子传导膜和双极板等部分构成。双极板主要起着传导电流的作用，借鉴燃料电池的流场结构，目前也有很多研究者们通过在双极板上刻有流道实现对电解液流动的均匀分配的作用。实际运行的液流电池往往是电堆，其由若干个单电池组成，相邻两个单电池共用一个双极板，每个双极板的两侧分别加工有供电解液流动的导流通道。因此，这种液流电池电堆的双极板结构影响液流电池内电解液的流动，进而影响电池的整体性能。
目前，借鉴燃料电池的流道，液流电池中双极板上的流道可分为：蛇形流道，平行流道和交指流道等多种类型。其中交指流道中的进口流道和出口流道在双极板上交错布置，彼此并不相通，其目的在于强制进口流道内的电解液通过与双极板接触的多孔电极，然后进入相邻的出口流道。与蛇形流道和平行流道相比，交指流道可以强化液流电池内部的液相传质，提高电池整体性能。
与蛇形流道和并行流道相比，交指流道很有优势，但是，现有的交指流道结构均采用进口流道和出口流道等宽等深的对称设计，这使得在多孔电极与出口流道对应的部分存在一个反应物的浓度梯度，自进液口至出液口方向也存在一个反应物浓度梯度，反应物浓度逐渐减小，从而使得电池内部较大面积区域的浓差极化较大，降低电池的整体性能，在高工作电流密度下影响尤为显著。
发明内容
本发明的目的是，针对现有交指流道结构存在的问题，提出并研究一种含有变宽变深交指流道的液流电池用双极板，其通过对双极板结构进行科学合理的设计，进一步强化传质，实现电解液沿进出液口方向速度逐渐增加，以速度梯度平衡浓度梯度引起的浓差极化对电池性能的影响，降低电池浓差极化电阻，提高电池的电压效率、电解液利用率和功率密度。
为实现上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：
一种含变宽变深交指流道的液流电池用双极板，包括加工在双极板表面上的与进液口相连的进液分配流道和与出液口相连的出液收集流道，进液分配流道的一侧设有2个以上的进液分支流道，出液收集流道的一侧设有2个以上的出液分支流道；进液分支流道和出液分支流道呈交指状排布；进液口与双极板的进液总管相连通；出液口与双极板的出液总管相连通，进液分支流道的宽度大于等于出液分支流道的宽度，且进液分支流道和出液分支流道的深度按电解液于其内的流动方向逐渐减小。
进液分支流道与出液分支流道的宽度比在1～3之间。
按电解液于其内的流动方向、进液分支流道和出液分支流道的深度逐渐减小，靠近进液分配流道处的进液分支流道深度较大，靠近出液收集流道处的流道深度较小，靠近进液分配流道处的流道深度为0.5-5mm，靠近出液收集流道处的出液分支流道深度0.1-2mm。
附图说明
图1：含变宽变深交指流道的液流电池用双极板示意图；
图中：1-正极进液口，2-正极进液分配流道，3-负极出液口，4-正极出液分支流道，5-正极出液口，6-正极出液收集流道，7-负极进液口，8-正极进液分支流道，9-双极板。
具体实施方式
含变宽变深交指流道的液流电池用双极板9的厚度为5mm,长度为80mm,宽度为60mm，正极进液分支流道8宽度为4mm，正极出液分支流道4宽度为3mm，正极电解液沿流动方向、正极进液分支流道8和正极出液分支流道4的深度逐渐减小，靠近正极进液分配流道2处的正极进液分支流道深度为2.5mm，远离正极进液分配流道2的正极进液分支流道深度为2mm；远离正极出液收集流道6的流道深度为1.5mm，靠近正极出液收集流道6处的流道深度为1mm。
正极电解液由双极板上的正极进液口1流入，经正极进液分配流道2均匀分配后，正极电解液流入各个正极进液分支流道8，在正极进液口1和正极出液口5间压差作用下，正极电解液被迫流入正极出液分支流道4，再经正极出液收集流道6汇流至正极出液口5流出。
采用这种含变宽变深交指流道的液流电池用双极板组装的全钒液流电池电堆在80mA cm-2条件下测试的电堆能量效率为85％，比采用常规无变深流道的双极板结构装配的电堆效率增加了5％。

Claims (3)

1.一种含变宽变深交指流道的液流电池用双极板，包括加工在双极板表面上的与进液口相连的进液分配流道和与出液口相连的出液收集流道，进液分配流道的一侧设有2个以上的进液分支流道，出液收集流道的一侧设有2个以上的出液分支流道；进液分支流道和出液分支流道呈交指状排布；进液口与双极板的进液总管相连通；出液口与双极板的出液总管相连通，其特征在于：进液分支流道的宽度大于等于出液分支流道的宽度，且进液分支流道和出液分支流道的深度按电解液于其内的流动方向逐渐减小。
2.根据权利要求1所述的含变宽变深交指流道的液流电池用双极板，其特征在于，进液分支流道与出液分支流道的宽度比在1～3之间。
3.根据权利要求1所述的含变宽变深交指流道的液流电池用双极板，其特征在于，按电解液于其内的流动方向、进液分支流道和出液分支流道的深度逐渐减小，靠近进液分配流道处的进液分支流道深度较大，靠近出液收集流道处的流道深度较小，靠近进液分配流道处的流道深度为0.5-5mm，靠近出液收集流道处的出液分支流道深度0.1-2mm。
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