CN108075152B - 单元框架、单元堆和氧化还原液流电池 - Google Patents

单元框架、单元堆和氧化还原液流电池 Download PDF

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Abstract

本发明涉及单元框架、单元堆和氧化还原液流电池。单元框架包括双极板和框架本体，双极板与构成电池单元的电极相接触，框架本体包围双极板的周缘，框架本体包括供液歧管，电解液通过供液歧管被供应到电池单元中，双极板在面对电极的表面中包括彼此相邻布置且电解液流动通过其中的多个主槽部，框架本体和双极板中的至少一个包括供液整流部，供液整流部被构造为沿着主槽部彼此相邻布置的方向来分配通过供液歧管被供应的电解液，以将电解液供应到每个主槽部，主槽部的每个电解液进口的宽度(Wi)和供液整流部与多个主槽部彼此相邻布置的方向相垂直的方向上的宽度(Wr)之间的宽度比(Wr/Wi)在1.5以上且在10以下。

Description

单元框架、单元堆和氧化还原液流电池
技术领域
本发明涉及一种单元框架、一种单元堆和一种氧化还原液流电池。
背景技术
专利文献1-4公开了一种氧化还原液流电池，其包括作为主要元件的电池单元，该电池单元包括：正极、负极和设置在正极和负极之间的隔膜，正极电解液被供应至所述正极，负极电解液被供应至所述负极；该氧化还原液流电池被配置为在用于电极的电解液被供应到电极时进行充电和放电。电池单元具有这样的结构：其中，正极、隔膜和负极构成的堆叠体被夹持在成对的单元框架之间。这种单元框架包括双极板和树脂框架本体，所述双极板的正面和背面分别设置有正极和负极，所述树脂框架本体被置放在所述双极板的外周缘部上。
专利文献1-4公开了一种双极板，其包括多个槽部，电解液通过所述多个槽部流动，从而将电解液充分地分配到电池单元内的多个电极。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本未审查专利申请公开No.2015-122230
专利文献2：日本未审查专利申请公开No.2015-122231
专利文献3：日本未审查专利申请公开No.2015-138771
专利文献4：日本未审查专利申请公开No.2015-210849
发明内容
根据本公开的一种单元框架是这样一种单元框架，该单元框架包括双极板和框架本体，所述双极板与构成电池单元的电极相接触，所述框架本体包围所述双极板的周缘，
其中，所述框架本体包括供液歧管，电解液通过所述供液歧管被供应到所述电池单元中，
所述双极板在面对所述电极的表面中包括多个主槽部，所述多个主槽部彼此相邻地布置，并且所述电解液流动通过所述多个主槽部，
所述框架本体和双极板中的至少一个包括供液整流部，所述供液整流部被构造为沿着所述主槽部彼此相邻布置的方向来分配通过所述供液歧管被供应的电解液，以将所述电解液供应到每个所述主槽部，并且
所述多个主槽部的多个电解液进口的每个宽度Wi和所述供液整流部在与所述多个主槽部彼此相邻布置的方向相垂直的方向上的宽度Wr之间的宽度比Wr/Wi在1.5以上并且在10以下。
根据本公开的单元堆包括根据本公开的单元框架。
根据本公开的氧化还原液流电池包括根据本公开的单元堆。
附图说明
图1是根据实施例1的单元框架的概略平面视图。
图2是根据实施例2的单元框架的概略平面视图。
图3示意根据实施例的氧化还原液流电池的操作原理。
图4是根据实施例的氧化还原液流电池的概略配置视图。
图5是根据实施例的氧化还原液流电池的单元堆的概略配置视图。
具体实施方式
[技术问题]
电解液通过在框架本体中面对彼此的部分中的一个中形成的供液歧管、供液引导槽和供液整流部被各自地供应到电极。电解液通过在框架本体中面对彼此的部分中的另一个中形成的排液整流部、排液引导槽和排液歧管被各自地从电极排出。正极电解液(负极电解液)通过供液歧管，然后通过在框架本体的一个表面(另一个表面)中形成的供液引导槽，被形成为连接到供液引导槽的供液整流部沿着框架本体的一个表面(另一个表面)的内周缘部分分布，并且被供应到正极(负极)。随后，已经通过正极(负极)的正极电解液(负极电解液)被收集在在框架本体的一个表面(另一个表面)的内周缘部分中形成的排液整流部中，通过形成为连接到排液整流部的排液引导槽，并且被排出到排液歧管中。
电解液可能遭受：例如在氧化还原液流电池的组装期间，诸如外部物质这样的异物的进入；或者在反复充电和放电期间，来自例如电池单元、循环通道和用于电极的电解液槽的材料的逐渐溶解，从而导致作为异物的材料的沉积。当包含异物的电解液被用于操作(充电或者放电)氧化还原液流电池时，异物可能堵塞作为用于电解液的流动通道的一部分的供液整流部。当供液整流部被异物堵塞时，电解液无法被供应到双极板的槽部或者电极。因此，不会发生电池反应，从而导致电池性能劣化。
相应地，本公开的目的在于提供一种单元框架、一种单元堆和一种氧化还原液流电池，其能够抑制由电解液内的异物引起的、供液整流部的堵塞，由此抑制电池性能劣化。
[本公开的有利效果]
本公开能够提供一种单元框架、一种单元堆和一种氧化还原液流电池，其能够抑制由电解液内的异物引起的、供液整流部的堵塞，由此抑制电池性能劣化。
[根据本发明的实施例的说明]
将首先列出并且描述根据本发明的实施例的特征。
(1)根据本发明的实施例的单元框架是：
一种单元框架，包括双极板和框架本体，所述双极板与构成电池单元的电极相接触，所述框架本体包围所述双极板的周缘，
其中，所述框架本体包括供液歧管，电解液通过所述供液歧管被供应到所述电池单元中，
所述双极板在面对所述电极的表面中包括多个主槽部，所述多个主槽部彼此相邻地布置，并且所述电解液流动通过所述多个主槽部，
所述框架本体和所述双极板中的至少一个包括供液整流部，所述供液整流部被构造为沿着所述主槽部彼此相邻布置的方向来分配通过所述供液歧管被供应的电解液，以将所述电解液供应到每个所述主槽部，并且
所述多个主槽部的多个电解液进口的每个宽度Wi和所述供液整流部在与所述多个主槽部彼此相邻布置的方向相垂直的方向上的宽度Wr之间的宽度比Wr/Wi在1.5以上并且在10以下。
在单元框架中，主槽部和供液整流部之间的宽度比Wr/Wi满足上述范围，这能够抑制由可能进入电解液的异物引起的供液整流部的堵塞，并且能够在在多个主槽部中的一些主槽部的进口处捕获这种异物。能够抑制由异物引起的供液整流部的堵塞，由此沿着主槽部彼此相邻布置的方向将电解液分配到双极板的整个区域之上。异物在某些主槽部的进口处被捕获，这能够抑制异物流动到与双极板接触的电极中，由此抑制由异物和电极之间的反应引起的问题(例如，由于催化反应而产生气体)。异物可以在某些主槽部的进口处被捕获，但是能够抑制由异物引起的供液整流部的堵塞，这能够使得电解液流动到其它主槽部中。因此，与供液整流部被异物堵塞的情形相比较，单元框架能够充分地将电解液供应到电极。
主槽部和供液整流部之间的宽度比Wr/Wi满足1.5以上，即，供液整流部的宽度Wr充分地大于主槽部的宽度Wi。这能够抑制由异物引起的供液整流部的堵塞，并且能够在主槽部的进口处捕获异物。另一方面，主槽部和供液整流部之间的宽度比Wr/Wi满足10以下，这能够减小由于从供液整流部的宽度Wr突然改变到小得多的、主槽部的宽度Wi而可能引起的电解液的压力损失。这能够防止异物深入到达主槽部中，由此防止异物流入电极中。因此，单元框架使得能够充分地将电解液供应到电极，并且能够抑制异物流动到电极中，由此抑制电池性能的劣化。
(2)上述单元框架例如可以具有这样的结构：其中，供液整流部的宽度Wr满足0.75mm以上并且50mm以下。
当供液整流部的宽度Wr满足0.75mm以上时，这能够抑制由异物引起的供液整流部的堵塞，由此沿着主槽部彼此相邻布置的方向将电解液分配到双极板的整个区域之上。另一方面，当供液整流部的宽度Wr满足50mm以下时，这能够抑制由于供液整流部的过大宽度而造成单元框架的尺寸增加或者电极的尺寸降低。
(3)上述单元框架例如可以具有这样的结构：其中，主槽部的进口的宽度Wi满足0.5mm以上并且5mm以下。
当主槽部的宽度Wi满足0.5mm以上时，这能够抑制由于主槽部的过小的宽度而使得流阻增加。另一方面，当主槽部的宽度Wi满足5mm以下时，这能够在主槽部的进口处捕获异物。
(4)上述单元框架例如可以具有这样的结构：其中，供液整流部包括切除部，所述切除部形成在框架本体中，并且沿着主槽部彼此相邻布置的方向延伸，并且主槽部的进口被形成为连接到切除部。
供液整流部可以由形成在框架本体中的切除部构成。在此情形中，当主槽部的进口被形成为连接到切除部时，这能够将电解液分配到主槽部彼此相邻布置的方向上的整个区域之上。
(5)上述单元框架例如可以具有这样的结构：其中，供液整流部包括分配槽部，所述分配槽部形成在双极板中，以连接到主槽部的进口，并且沿着主槽部彼此相邻布置的方向延伸，并且框架本体包括将分配槽部和供液歧管相互连接的供液引导槽。
供液整流部能够由形成在双极板中的分配槽部构成。在此情形中，当将分配槽部和供液歧管相互连接的供液引导槽部形成在框架本体中时，这能够将通过供液歧管供应的电解液分配到主槽部彼此相邻布置的方向上的整个区域上。
(6)根据本发明的实施例的一种单元堆包括根据以上(1)到(5)中的任何一项的单元框架。
包括根据本发明的实施例的单元框架的上述单元堆能够抑制由可能进入电解液的异物引起的供液整流部的堵塞，并且能够在多个主槽部中的某些主槽部的进口处捕获这种异物。这能够充分将电解液供应到电极，并且能够抑制异物流动到电极中，由此抑制电池性能的劣化。
(7)根据本发明的实施例的一种氧化还原液流电池包括根据以上(6)的单元堆。
包括根据本发明的实施例的单元堆的上述氧化还原液流电池能够抑制由可能进入电解液的异物引起的供液整流部的堵塞，并且能够在多个主槽部中的某些主槽部的进口处捕获这种异物。这能够充分将电解液供应到电极，并且能够抑制异物流动到电极中，由此抑制电池性能的劣化。
[根据本发明的实施例的细节]
在下文中，将参考绘图详细描述根据本发明实施例的单元框架、单元堆和氧化还原液流电池(RF电池)。在附图中，类似的附图标记表示具有相同名称的元件。参考图3到图5，将首先描述根据一个实施例的RF电池1的基本构造。随后，主要参考图1和图2来描述在根据该实施例所述RF电池1中所述实施例的单元框架。附带说一句，本发明不限于这些实例。本发明由权利要求限定，并且旨在涵盖在权利要求的等价含义和范围内的所有修改。
[RF电池]
如在图3中所示意地，典型地，RF电池1经由例如交流电/直流电转换器和变压器设备连接到发电单元和诸如电力系统或者消费者这样的负载；RF电池1被用作供电源的发电单元充电，并且放电以向负载供电。发电单元的实例包括太阳能光伏发电机、风力发电机和其它普通电站。
RF电池1包括被隔膜101划分成正极单元102和负极单元103的电池单元100。正极单元102中包括正极104，正极电解液被供应至所述正极。负极单元103中包括负极105，负极电解液被供应至所述负极。RF电池1典型地包括多个电池单元100，所述多个电池单元100在相邻的电池单元100和100之间包括单元框架2(图5)，单元框架2包括双极板3。
正极104和负极105是所供应的电解液中包含的活性材料离子在此发生电池反应的反应场所。隔膜101是分离部件，其将正极104和负极105相互分离，并且能够渗透预定离子。双极板3是导电部件，其被设置在正极104和负极105之间，并且传导电流，但是不能渗透电解液。如图5中所示，单元框架2包括双极板3和包围双极板3的周缘的框架本体4。
正极循环机构100P被配置为向正极单元102循环并且供应正极电解液，其包括：存储正极电解液的正极电解液槽106；将正极电解液槽106和正极单元102相互连接的管道108和110；和设置在上游(供应)管道108中的泵112。负极循环机构100N被配置为向负极单元103循环并且供应负极电解液，其包括：存储负极电解液的负极电解液槽107；将负极电解液槽107和负极单元103相互连接的管道109和111；和设置在上游(供应)管道109中的泵113。
正极电解液从正极电解液槽106通过上游管道108供应到正极104，并且从正极104通过下游(排出)管道110返回正极电解液槽106。负极电解液从负极电解液槽107通过上游管道109供应到负极105，并且从负极105通过下游(排出)管道111返回负极电解液槽107。正极电解液的循环和负极电解液的循环使得正极电解液循环和供应至正极104，并且使得负极电解液循环和供应至负极105，在此期间，电极处的电解液中的活性材料离子发生价态变化反应，由此实现充电或者放电。在图3和图4中，正极电解液槽106和负极电解液槽107中所述的钒离子是正极电解液和负极电解液中作为活性材料所包含的离子种类的一个实例。在图3中，实线箭头表示充电，虚线箭头表示放电。
RF电池1典型地采用被称作单元堆200的结构，其中，多个电池单元100被堆叠。如图5中所示，单元堆200包括：堆叠体，其中，单元框架2、正极104、隔膜101、负极105和另一单元框架2被反复地堆叠；成对的端板210和220，所述堆叠体被夹持在所述成对的端板之间；诸如长螺栓这样的联接部件230；和诸如螺母这样的紧固部件，其将端板210和220联结到一起。紧固部件用于将端板210和220紧固到一起，从而沿着堆叠方向的紧固力维持堆叠体的堆叠状态。单元堆200采用这样的结构：其中，使用预定数目的电池单元100来提供子堆(substack)200S，并且多个子堆200S被堆叠。在沿着电池单元100的堆叠方向位于子堆200S或者单元堆200的两端处的单元框架2中，替代双极板3而设置了供应/排出板(未示出)。
用于电极的电解液通过供液歧管44、供液引导槽46和供液整流部(未示出)被供应到正极104和负极105，所述供液歧管44、供液引导槽46和供液整流部形成在单元框架2中的框架本体4的面对彼此的部分中的一个(供液侧部，在图5中被示意为下部)部分中。用于电极的电解液通过排液整流部(未示出)、排液引导槽47和排液歧管45从正极104和负极105排出，所述排液整流部、排液引导槽47和排液歧管45形成在框架本体4的面对彼此的部分中的另一个(排液侧部，在图5中被示意为上部)部分中。正极电解液通过供液歧管44，然后通过形成在框架本体4的表面中的一个(在附图中被示意为暴露的表面)中的供液引导槽46，并且沿着框架本体4的该一个表面的内周部在形成为连接到供液引导槽46的供液整流部中分配，并且被供应到正极104。随后，如在图5的上部视图中箭头所示，正极电解液从正极104的下侧流动到上侧，并且被收集在形成于框架本体4的该一个表面(在附图中被示意为暴露的表面)的内周部中的排液整流部中，并且通过形成为连接到排液整流部的排液引导槽47，并且被排出到排液歧管45中。除了供应和排出是在框架本体4的另一个表面(在附图中被示意为被隐藏的表面)中执行以外，负极电解液被与正极电解液那样供应并且排出。诸如O-形环或者扁平垫圈这样的环形密封部件5被分别设置在框架本体4之间，由此抑制电解液从电池单元100的泄漏。
RF电池1的基本结构可以适当地从已知结构中选择。
[RF电池的主要特征]
根据该实施例的RF电池1具有这样的特征：其采用一种单元框架，该单元框架能够抑制作为用于电解液的流动通道的一个部分的供液整流部的、由于混入电解液的异物所引起的堵塞，并且能够抑制这种异物流动到电极中。在下文中，将详细描述根据上述实施例的RF电池1中包括的单元框架。
<<实施例1>>
参考图1，将描述根据实施例1的单元框架2A。这个单元框架2A是对应于上述单元框架2的部件。单元框架2A包括：双极板3A，所述双极板与构成电池单元100(图5)的正极104和负极105相接触；和包围双极板3A的周缘的框架本体4A。双极板3A的前后表面包括多个主槽部31，所述多个主槽部彼此相邻地布置，并且电解液流动通过所述主槽部。框架本体4A包括：供液歧管44，电解液通过所述供液歧管被供应到电池单元100中；供液整流部48，所述供液整流部由切除部48s构成，所述切除部被形成为沿着主槽部31彼此相邻布置的方向延伸；和供液引导槽46，所述供液引导槽将这种供液歧管44和这种供液整流部48相互连接。主槽部31的进口31i被分别形成，从而被连接到供液整流部48(切除部48s)。
根据实施例1的单元框架2A具有这样的特征，即，主槽部31的电解液进口31i中的每个的宽度Wi和供液整流部48在与所述主槽部彼此相邻布置的方向相垂直的方向上的宽度Wr满足这样的关系：宽度比Wr/Wi在1.5以上并且在10以下。满足这种范围的宽度比Wr/Wi能够抑制由可能进入电解液的异物引起的供液整流部48的堵塞，并且能够在所述主槽部31中一些主槽部31的进口31i处捕获这种异物。通过抑制由异物引起的供液整流部48的堵塞，从而能够在主槽部31彼此相邻布置的方向上的整个区域上分配电解液，由此向多个主槽部31供应电解液。通过在一些主槽部31的进口31i处捕获异物，从而能够抑制异物流动到与双极板3A相接触的电极中。当异物在一些主槽部31的进口31i处被捕获时，电解液基本不会流过或者不会流过这些主槽部31；然而，供液整流部48能够分配电解液，从而电解液能够流过其它主槽部31。
(双极板)
双极板3A基本上分隔相邻的电池单元100(图5)。双极板3A是具有矩形形状的平板。在双极板3A的前后表面上，分别设置有相邻电池单元100的正极104和负极105。双极板3A在面对正极104的表面和面对负极105的表面中包括形成为彼此相邻布置的多个主槽部31。所述多个主槽部31用作供电解液从中流过的通道。正极电解液在形成于双极板3A的、面对正极104的一个表面中的主槽部31中流动。负极电解液在形成于双极板3A的、面对负极105的另一表面中的主槽部31中流动。能够例如利用主槽部31的形状或者尺寸来控制电解液在每个电池单元100内的流动。
在这个实例中，主槽部31由竖直槽构成，所述竖直槽沿着从下文所述的框架本体4A的供液侧部41朝向排液侧部42的方向(沿着联接部43)延伸。相邻的主槽部31之间形成有脊部34。在图1中，为了便于解释，这种脊部34被示意为阴影区域。在双极板3A上流动的电解液形成沿着主槽部31的流动和越过脊部34的流动。
在主槽部31中，电解液进口31i的宽度Wi优选地满足0.5mm以上并且5mm以下。主槽部31可以被形成为具有任何截面形状，并且所述形状的实例包括矩形和半圆形。当主槽部31具有诸如半圆形这样的、从其开口部朝其底部的宽度不恒定的截面形状时，将其最大宽度作为宽度Wi。在这个实例中，主槽部31具有矩形的截面形状，从其开口部朝其底部的宽度恒定。通过采用满足0.5mm以上宽度的Wi，从而能够抑制由于主槽部31的过小宽度造成的、电解液的流阻增加。另一方面，通过采用满足5mm以下的宽度Wi，从而能够捕获可能进入电解液的异物。为了在主槽部31的进口31i处捕获异物，宽度Wi优选较小，更加优选地是3mm以下，特别优选地是1mm以下。
在多个主槽部31中，电解液进口31i可以均具有相同的宽度Wi，或者可以具有不同的宽度Wi。在多个主槽部31中，当电解液进口31i具有不同的宽度Wi时，所有的进口31i的宽度Wi都满足上述范围。从而，即使当可能进入电解液的异物漂移到任一个主槽部31时，仍然能够在主槽部31的进口31i处捕获异物，由此抑制异物流动到电极中。
这种主槽部31的宽度可以在其纵向方向上保持恒定，可以从进口31i朝向出口31o增加，或者相反可以降低，或者可以在纵向方向上变化。在这个实例中，纵向方向上的宽度是恒定的。
用于双极板3A的材料可以是导电但无法渗透电解液的材料。另外，该材料优选地具有耐酸性和适当的刚度。用于双极板3A的材料的实例包括由石墨和聚烯烃有机化合物或者氯化有机化合物形成的导电塑料；和其中石墨部分地被碳黑和类金刚石碳中的至少一种取代的这种导电塑料。聚烯烃有机化合物的实例包括聚乙烯、聚丙烯和聚丁烯。氯化有机化合物的实例包括氯乙烯、聚氯乙烯和氯化石蜡。当双极板3A由这种材料形成时，双极板3A能够被形成为具有更低的电阻和高耐酸性。
(框架本体)
框架本体4A之间形成用作电池单元100(图5)的区域。这样的框架本体4A包括：供液侧部41；面对所述供液侧部41的排液侧部42；成对的联接部43，所述联接部将供液侧部41的端部联接到排液侧部42的端部，并且面对彼此，并且正交于供液侧部41和排液侧部42。框架本体4A具有矩形框架形状。供液侧部41和排液侧部42构成所述矩形框架的长部，而联接部43构成所述矩形框架的短部。在从平面图观察的单元框架2A中，供液侧部41和排液侧部42面对彼此的方向称作竖直方向，正交于所述竖直方向的方向称作水平方向；在此情形中，供液侧部41位于竖直方向上的下部区域中，排液侧部42位于竖直方向上的上部区域中。电解液在框架本体4A中沿着从竖直方向上的下部区域朝向竖直方向上的上部区域的方向流动。
框架本体4A的厚度大于双极板3A的厚度。因此，当双极板3A的周缘被框架本体4A包围时，双极板3A的前表面(后表面)和框架本体4A的前表面(后表面)存在位面差，其形成在设置正极104(负极105)的空间。
供液侧部
供液侧部41包括：供液歧管44，电解液通过所述供液歧管供应到电池单元100中；从供液歧管44延伸的供液引导槽46；和供液整流部48，所述供液整流部沿着在双极板3A中主槽部31彼此相邻布置的方向来分配通过供液引导槽46供应的电解液。供液整流部48由切除部48s构成，所述切除部形成在供液侧部41中，从而沿着主槽部31彼此相邻布置的方向延伸。切除部48s是通过在供液侧部41的内周部的前后表面中切除预定宽度而形成的长形薄板状空间。这些切除部48s在供液侧部41的内周部的前后表面中形成阶形部；并且前后表面的阶形部之间的内周部是薄部。电解液在作为底面的薄部上流过切除部48s。当构建单元堆200(图5)时，供液引导槽46和供液整流部48被塑料制成的保护板(未示出)覆盖。这使得电解液能够在供液歧管44和双极板3A之间流动，而电解液不会从供液引导槽46或者供液整流部48泄漏。
双极板3A的主槽部31的进口31i被形成为连接到框架本体4A的供液整流部48。结果，通过供液歧管44供应的电解液：流过供液引导槽46；并且在供液整流部48中沿着双极板3A中主槽部31彼此相邻布置的方向分配，以到达双极板3A的宽度方向上的整个区域；到达主槽部31的进口31i；并且流动通过电极的整个区域。在这个实例中，供液引导槽46的底面、供液整流部48的底面和主槽部31的底面基本相互齐平。所述底表面之间可以具有阶形部。
供液整流部48在正交于主槽部31彼此相邻布置的方向的方向(竖直方向)上具有宽度Wr，从而宽度Wr与主槽部31的每个进口31i的宽度Wi的宽度比Wr/Wi满足1.5以上并且10以下。这种供液整流部48的宽度Wr是在平面图中观察单元框架2A时的、在这个平面中沿着正交于主槽部31彼此相邻的布置方向的方向上的长度。换言之，供液整流部48的宽度Wr是沿着正交于主槽部31的彼此相邻布置的方向并且正交于主槽部31的深度方向的方向上的长度。供液整流部48可以具有任何截面形状，并且所述形状的实例包括从其开口部朝向其底部具有恒定宽度的矩形形状。供液整流部48可以具有从其开口部朝向其的底部具有不恒定宽度的截面形状。在此情形中，最小宽度被用作宽度Wr。在这个实例中，供液整流部48的截面形状为从其开口部朝向其底部具有恒定宽度的矩形形状。
通过具有1.5以上的Wr/Wi，从而使得能够抑制由于可能进入电解液的异物引起的供液整流部48的堵塞。另一方面，通过具有10以下的Wr/Wi，从而使得能够减小由于从供液整流部48的宽度Wr突然改变到小得多的主槽部31的宽度Wi可能引起的电解液的压力损失。这能够防止异物深入到达主槽部31中，由此防止异物流入电极中。另外，当电极被形成为具有规定尺寸时，能够抑制供液侧部41的尺寸增加，从而抑制单元框架2A的尺寸增加。可替代地，当单元框架2A被形成为具有规定尺寸时，能够抑制电极的尺寸的减小。为了抑制由异物引起的供液整流部48的堵塞，宽度比Wr/Wi优选地更高，更加优选地为5以上，特别优选地为7以上。供液整流部48的宽度Wr可以满足例如0.75mm以上并且50mm以下，或者进一步2.5mm以上并且35mm以下。
供液整流部48可以在主槽部31彼此相邻布置的方向上具有恒定宽度，或者可以具有更宽的部分。当宽度改变时，将最小宽度用作Wr。在这个实例中，在主槽部31彼此相邻布置的方向上的宽度是恒定的。
排液侧部
排液侧部42包括：排液整流部49，从双极板3A排出的电解液被收集在所述排液整流部中；排液引导槽47，所述排液引导槽将电解液从排液整流部49引导到排液歧管45；和排液歧管45，电解液通过所述排液歧管被排放到电池单元100外侧。排液整流部49由切除部49s构成，所述切除部形成在排液侧部42中，从而沿着主槽部31的彼此相邻布置的方向延伸。切除部49s是通过在排液侧部42的内周部的前后表面中切除预定宽度而形成的长形薄板状空间。这些切除部49s在排液侧部42的内周部的前后表面中形成台阶部；并且在前后表面的台阶部之间的内周部是薄部。电解液通过切除部49s在作为底面的薄部上流动。当构建单元堆200(图5)时，排液引导槽47和排液整流部49被由塑料制成的保护板(未示出)覆盖。这使得电解液能够在双极板3A和排液歧管45之间流动，而电解液不会从排液引导槽47或者排液整流部49泄漏。
双极板3A的主槽部31的出口31o被形成为连接到框架本体4A的排液整流部49。结果，从双极板3A(电极)排出的电解液：沿着在双极板3A中主槽部31彼此相邻布置的方向被收集在排液整流部49中；穿过排液引导槽47；并且通过排液歧管45被排出。在这个实例中，主槽部31的底面、排液整流部49的底面和排液引导槽47的底面基本相互齐平。所述底表面之间可以具有台阶部。
用于框架本体4A的材料例如是适当地具有耐酸性、电绝缘性和机械特性的材料。用于框架本体4A的材料的实例包括各种氟树脂，诸如聚四氟乙烯、聚丙烯树脂、聚乙烯树脂和氯乙烯树脂。
框架本体4A具有密封槽5s，所述密封槽沿着框架本体4A的周向形成，并且环形密封部件5(图5)被设置在所述密封槽中。
<<实施例2>>
参考图2，将描述根据实施例2的单元框架2B。该单元框架2B与根据实施例1的单元框架2A的主要区别之处在于：供液整流部形成在双极板3B中。另外，与根据实施例1的双极板3A相比较，单元框架2B的不同之处在于形成在双极板3B中的主槽部31的形状。在下文中，将主要描述与根据实施例1的单元框架2A的差别。
(双极板)
双极板3B包括作为主槽部31的引入侧主槽部31a和排出侧主槽部31b，电解液通过引入侧主槽部31a被引入电极中，电解液通过排出侧主槽部31b从电极排出。引入侧主槽部31a不连接到排出侧主槽部31b，而是独立于排出侧主槽部31b；并且引入侧主槽部31a和排出侧主槽部31b以预定间隔彼此相邻地交替布置，从而与下述的分配槽部32和收集槽部33一起地构成互相交叉的结构。引入侧主槽部31a具有电解液进口31i。排出侧主槽部31b具有电解液出口31o。在彼此相邻的引入侧主槽部31a和排出侧主槽部31b之间形成有脊部34。
双极板3B包括作为供液整流部的分配槽部32，所述分配槽部被形成为连接到引入侧主槽部31a的进口31i，并且沿着引入侧主槽部31a的彼此相邻布置的方向延伸。分配槽部32经由下文所述的框架本体4B中形成的供液引导槽46被连接到供液歧管44。在这个实例中，主槽部31由沿着从框架本体4B的供液侧部41朝向排液侧部42的方向延伸的竖直槽构成；分配槽部32由沿着越过框架本体4B的成对联接部43的方向延伸的水平槽构成。
双极板3B包括作为排液整流部的收集槽部33，所述收集槽部被形成为连接到排出侧主槽部31b的出口31o，并且沿着排出侧主槽部31b的彼此相邻布置的方向延伸。收集槽部33经由下文所述的框架本体4B中形成的排液引导槽47被连接到排液歧管45。在这个实例中，收集槽部33如分配槽部32那样由水平槽构成。
(框架本体)
框架本体4B在供液侧部41中包括供液歧管44和供液引导槽46。供液引导槽46被形成为将双极板3B中形成的分配槽部32连接到供液歧管44。结果，通过供液歧管44供应的电解液：穿过供液引导槽46；在双极板3B的分配槽部32中被分配，以到达双极板3B的宽度方向上的整个区域；到达引入侧主槽部31a的进口31i；并且流动通过电极的整个区域。在这个实例中，供液引导槽46的底面、分配槽部32的底面和引入侧主槽部31a的底面基本相互齐平。所述底面之间可以具有台阶部。
框架本体4B在排液侧部42中包括排液歧管45和排液引导槽47。排液引导槽47被形成为将双极板3B中形成的收集槽部33连接到排液歧管45。结果，通过排出侧主槽部31b的出口31o被排出的电解液：被收集在收集槽部33中；穿过排液引导槽47；并且通过排液歧管45被排出。在这个实例中，排出侧主槽部31b的底面、收集槽部33的底面和排液引导槽47的底面基本相互齐平。所述底面之间可以具有台阶部。
如根据实施例1的单元框架2A那样，根据实施例2的单元框架2B具有这样的特征，即，引入侧主槽部31a(主槽部31)的电解液进口31i中的每个的宽度Wi和分配槽部32(供应流引导槽)在与引入侧主槽部31a的彼此相邻布置的方向相垂直的方向上的宽度Wr满足这样的关系：宽度比Wr/Wi在1.5以上并且10以下。这能够抑制由可能进入电解液的异物引起的分配槽部32的堵塞，并且能够在引入侧主槽部31a中的一些引入侧主槽部31a的进口31i处捕获这种异物。
<<修改例>>
在根据实施例1的单元框架2A和根据实施例2的单元框架2B中，主槽部和供液整流部可以采用以下配置。
(1)每个主槽部是将进口和出口相互连接的单个竖直槽(参考图1)。供液整流部是这样的分配槽部(参考图2)：其形成在双极板中，从而连接到进口，并且沿着主槽部的彼此相邻布置的方向延伸。排液整流部可以是这样的收集槽部：其形成在双极板中，从而连接到出口，并且沿着主槽部的彼此相邻布置的方向延伸，或者可以是形成在框架本体中的切除部。
(2)主槽部是这样的竖直槽：具有进口的引入侧主槽部不被连接到具有出口的排出侧主槽部，而是独立于具有出口的排出侧主槽部(参考图2)。供液整流部是这样的切除部：其形成在框架本体中，从而连接到引入侧槽部的进口，并且沿着主槽部的彼此相邻布置的方向延伸(参考图1)。排液整流部可以是这样的收集槽部：其形成在双极板中，从而连接到出口，并且沿着主槽部的彼此相邻布置的方向延伸，或者可以是形成在框架本体中的切除部。
(3)当主槽部包括引入侧槽部和排出侧槽部时，引入侧主槽部和排出侧主槽部并非交替地置放而互相交叉，而是被如此设置：使得引入侧主槽部隔着电解液流动方向上的间隙来面向排出侧主槽部。
(4)主槽部具有水平槽结构。在此情形中，供液整流部和排液整流部沿着竖直方向置放。
[测试实例]
多个RF电池(测试体A到J)被制造为包括单元框架(图1)，所述单元框架包括：双极板，所述双极板在前后表面中具有多个具有竖直槽结构的主槽部；和具有作为供液整流部的切除部的框架本体。每个RF电池经历充电和放电测试，以由此测量RF电池的单元电阻率。充电和放电测试在以下条件下执行：放电截止电压1V、充电截止电压1.6V，并且电流25A。单元电阻率的评估以下述方式执行：基于充电和放电测试产生充电-放电曲线，并且评估在第三循环的充电-放电曲线中的单元电阻率。对于每个测试体，表格1描述：主槽部的电解液进口的宽度Wi；在正交于主槽部的彼此相邻布置方向的方向上的供液整流部的宽度Wr；宽度Wi和宽度Wr之间的宽度比Wr/Wi；和单元电阻率。附带说一句，在每个实例中，多个主槽部全部具有相同的形状和尺寸，并且每个槽部在纵向和深度方向上具有恒定宽度。供液整流部沿着纵向方向具有恒定宽度。
[表格1]
Figure BDA0001466408180000191
表格1已经表明：满足1.5以上大并且10以下的宽度比Wr/Wi的测试体A到测试体E能够减小RF电池的单元电阻率。这可能是因为供液整流部的宽度Wr充分大于主槽部的宽度Wi，这能够抑制由可能进入电解液的异物引起的供液整流部的堵塞，并且能够成功地在主槽部的进口处捕获这种异物。另一方面，已经表明：当Wr/Wi小于1.5或者大于10时，RF电池具有高单元电阻率。这可能地是由于以下原因引起的。在测试体F和测试体G中，因为供液整流部的宽度Wr过小，所以异物可能堵塞供液整流部，并且电解液无法被充分地供应到电极。在测试体H中，因为主槽部的宽度Wi过小，所以可能增加了电解液的流阻。在测试体I和测试体J中，因为主槽部的宽度Wi过大，所以异物流动到电极中，通过异物的催化，从而在电极中产生气体，并且气体保留于电极中，这可能造成用于电池反应的电极区域减少。
附图标记列表
1 氧化还原液流电池(RF电池)
2、2A和2B 单元框架
3、3A和3B 双极板
31 主槽部；31i 进口；31o 出口
31a 引入侧主槽部；31b 排出侧主槽部
32 分配槽部(供液整流部)
33 收集槽部(排液整流部)
34 脊部
4、4A和4B 框架本体
41 供液侧部；42 排液侧部；43 联接部
44 供液歧管；45 排液歧管
46 供液引导槽；47 排液引导槽
48 供液整流部；48s 切除部
49 排液整流部；49s 切除部
5 密封部件；5s 密封槽
100 电池单元
101 隔膜
102 正极单元；103 负极单元
104 正极；105 负极
100P 正极循环机构；100N 负极循环机构
106 正极电解液槽；107 负极电解液槽
108、109、110和111 管道
112和113 泵
200 单元堆；200S 子堆
210和220 端板；230 联接部件

Claims (5)

1.一种单元框架，包括双极板和框架本体，所述双极板与构成电池单元的电极相接触，所述框架本体包围所述双极板的周缘，
其中，所述框架本体包括供液歧管，电解液通过所述供液歧管被供应到所述电池单元中，
所述双极板在面对所述电极的表面中包括多个主槽部，所述多个主槽部彼此相邻地布置，并且所述电解液流动通过所述多个主槽部，
所述框架本体和所述双极板中的至少一个包括供液整流部，所述供液整流部被构造为沿着所述主槽部彼此相邻布置的方向来分配通过所述供液歧管被供应的电解液，以将所述电解液供应到每个所述主槽部，并且
所述多个主槽部的多个电解液进口的每个宽度Wi和所述供液整流部在与所述多个主槽部彼此相邻布置的方向相垂直的方向上的宽度Wr之间的宽度比Wr/Wi在5以上并且在10以下，所述多个主槽部的所述多个进口的宽度Wi在0.5mm以上并且3mm以下，所述供液整流部的宽度Wr在0.75mm以上并且50mm以下。
2.根据权利要求1所述的单元框架，其中，所述供液整流部包括切除部，所述切除部形成在所述框架本体中，并且沿着所述多个主槽部彼此相邻布置的方向延伸，并且
所述多个主槽部的所述多个进口被形成为连接到所述切除部。
3.根据权利要求1所述的单元框架，其中，所述供液整流部包括分配槽部，所述分配槽部形成在所述双极板中，以连接到所述多个主槽部的所述多个进口，并且沿着所述多个主槽部彼此相邻布置的方向延伸，并且
所述框架本体包括将所述分配槽部和所述供液歧管相互连接的供液引导槽。
4.一种单元堆，包括根据权利要求1-3中的任一项所述的单元框架。
5.一种氧化还原液流电池，包括根据权利要求4所述的单元堆。
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