CN108370055A - 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

提供一种单元框架，包括双极板和框架，所述双极板与构成电池单元的电极相连接，所述框架包围所述双极板的周缘。所述框架设置有排液歧管，用于将电解液排出到电池单元的外侧。所述双极板设置有多个主沟部，所述多个主沟部被布置在所述双极板的电极侧表面上，并且电解液通过所述主沟部流动。所述框架和双极板中的至少一个设置排液整流部，所述排液整流部收集从每个所述主沟部排出的电解液，并且将电解液引导至所述排液歧管。当所述主沟部的宽度由Wc表示时，所述多个主沟部的总宽度Wc总大于所述排液整流部在与所述主沟部的布置方向相垂直的方向上的宽度Wd。

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、单元堆和氧化还原液流电池。
背景技术
专利文献1到4公开了氧化还原液流电池。这些氧化还原液流电池中的每一个氧化还原液流电池主要包括电池单元，电池单元包括：正极电极，向正极电极供应正极电解液；负极电极，向负极电极供应负极电解液；和隔膜，隔膜介于正极电极和负极电极之间。各极的电解液被供应到各极的电极，从而对氧化还原液流电池充电和放电。电池单元被构造有一组单元框架，所述一组单元框架被布置成使得正极电极、隔膜和负极电极的堆叠体被介于单元框架之间。每个单元框架包括双极板和框架本体。正极电极和负极电极被布置在双极板的前表面和后表面上。框架本体由树脂形成，并且被设置在双极板的外周缘处。
专利文献1到4公开了具有多个沟部的双极板，电解液流过所述多个沟部，从而将电解液充分地分配到电池单元中的各极的电极。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本未审专利申请公报No.2015-122230
专利文献2：日本未审专利申请公报No.2015-122231
专利文献3：日本未审专利申请公报No.2015-138771
专利文献4：日本未审专利申请公报No.2015-210849
发明内容
根据本公开的单元框架包括双极板和框架本体。双极板与在电池单元中包括的电极相接触。框架本体包围双极板的周缘。框架本体具有排液歧管，排液歧管允许电解液通过排液歧管排出到电池单元的外侧。双极板具有多个主沟部，所述多个主沟部被布置在位于电极侧上的双极板的表面中，并且允许电解液通过主沟部流动。框架本体和双极板中的至少一个具有排液整流部，从每一个主沟部排出的电解液被收集在排液整流部中，从而电解液被导向排液歧管。当主沟部的宽度是Wc时，所述多个主沟部的总宽度Wc总大于排液整流部在与主沟部的布置方向垂直的方向上的宽度Wd。
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。
附图简要说明
图1]图1是示意地示出根据第一实施例的单元框架的平面图。
[图2]图2是示意地示出根据第二实施例的单元框架的平面图。
[图3]图3示出根据实施例的氧化还原液流电池的操作原理。
[图4]图4是根据实施例的氧化还原液流电池的示意结构图。
[图5]图5是在氧化还原液流电池中包括的单元堆的示意结构图。
具体实施方式
[本公开所要解决的问题]
电解液通过在面对彼此的多片框架本体中的一片框架本体中形成的液体供应歧管、液体供应引导沟部和液体供应整流部被供应到各极的电极。电解液通过出自面对彼此的多片框架本体的另一片中形成的排液整流部、排液引导沟部和排液歧管被从各极的电极排出。正极电解液(负极电解液)通过液体供应歧管，然后通过在框架本体的一个表面侧(另一表面侧)上形成的液体供应引导沟部，通过被形成为与液体供应引导沟部连续的液体供应整流部被沿着框架本体的一个表面侧(其它表面侧)上的内周部分散，并且被供应到正极电极(负极电极)。然后，正极电解液(负极电解液)流过正极电极(负极电极)，被形成在框架本体的一个表面侧(其它表面侧)上的内周边部中的排液整流部收集，并且通过被形成为与排液整流部连续的排液引导沟部而排出到排液歧管。
由于例如在操作中产生的、诸如过充电或者可能混合到电解液中的异物的影响此类问题，可能伴随电极处的电化学反应作为副反应从电解液产生气体。能够通过电解液在各极的电极中的循环而排出这些产生的气体。然而，电解液在电池单元中的流动速率较低。因此，用于排出所产生的气体的作用力较弱。因此，可能要求相当长时间来排出气体，或者所产生的气体可能在电极处积聚。当所产生的气体在电极处积聚时，电极和电解液之间的接触面积(电化学反应面积)减小，相应地，电池反应无法执行。这导致电池性能的劣化。
相应地，本公开的目的之一是提供单元框架、单元堆和氧化还原液流电池，由此能够抑制伴随电化学反应产生的气体在电极处的积聚，并且相应地能够抑制电池性能的劣化。
[本公开的有利效果]
根据本公开，能够提供单元框架、单元堆和氧化还原液流电池，由此能够抑制伴随电化学反应产生的气体在电极处的积聚，并且相应地能够抑制电池性能的劣化。
[根据本发明的实施例的说明]
首先，列出并且描述了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包括双极板和框架本体。双极板与在电池单元中包括的电极相接触。框架本体包围双极板的周缘。
框架本体具有排液歧管，排液歧管允许电解液通过排液歧管排出到电池单元的外侧。
双极板具有多个主沟部，所述多个主沟部被布置在位于电极侧上的双极板的表面中，并且允许电解液通过主沟部流动。
框架本体和双极板中的至少一个具有排液整流部，从每一个主沟部排出的电解液被收集在排液整流部中，从而电解液被导向排液歧管。
当主沟部的宽度是Wc时，所述多个主沟部的总宽度Wc总大于排液整流部在与主沟部的布置方向垂直的方向上的宽度Wd。
利用上述单元框架，所述多个主沟部的总宽度Wc总大于排液整流部的宽度Wd。因此，电解液的流动速率能够在流过排液整流部时比在流过主沟部时更高。相应地，通过被夹带(entrain)在电解液流中，伴随电化学反应产生的气体能够从主沟部侧朝向排液整流部侧快速地流动。因此，能够抑制所产生的气体在电极处的积聚。相应地，利用上述单元框架，因为能够抑制在电极中的电化学反应面积的减小，所以能够抑制电化学反应的劣化。
(2)上述单元框架的实例包括以下形式：每一个主沟部的宽度Wc与排液整流部的宽度Wd的宽度比Wc/Wd满足：Wc/Wd为从0.5到5。
当每个主沟部的宽度Wc与排液整流部的宽度Wd的宽度比Wc/Wd是0.5或者更大被满足时，主沟部的总宽度Wc总能够充分地大于排液整流部的宽度Wd。相应地，与在主沟部中的相比较，流过排液整流部的电解液的流动速率能够进一步增加。因此，通过被夹带在电解液的流中，所产生的气体能够朝向排液整流部侧更加快速地流动。相反，当宽度比Wc/Wd是5或者更小被满足时，由于主沟部宽度的过度增加引起的、在电极中的电化学反应面积的减小能够被抑制。电解液在双极板中的流动形成沿着主沟部的流动和越过位于相邻的主沟部之间的肋的流动。在上述流动中，电化学反应优选地特别地沿着越过肋的流动的部分执行。因此，能够通过确保肋的宽度而确保电化学反应面积。
(3)上述单元框架的实例包括以下形式：排液整流部的宽度Wd满足：Wd为从0.6到20mm。
当排液整流部的宽度Wd是0.6mm或者更大被满足时，能够抑制由于排液整流部宽度的过度降低引起的流动阻力的增加。相反，当排液整流部的宽度Wd是20mm或者更小时，电解液的流动速率在流过排液整流部时比在流过主沟部时更加容易增加，并且通过被夹带在电解液的流中，所产生的气体容易朝向排液整流部侧流动。
(4)上述单元框架的实例包括以下形式：主沟部的宽度Wc满足：Wc为从3到10mm。
当主沟部的宽度Wc是3mm或者更大被满足时，由于主沟部的宽度的过度降低引起的流动阻力的增加能够被抑制。另外，与在主沟部中的相比较，容易实现流过排液整流部的电解液的流动速率的增加，并且相应地，通过被夹带在电解液的流中，所产生的气体容易朝向排液整流部侧流动。相反，当主沟部的宽度Wc是10mm或者更小时，能够抑制由于主沟部的宽度的过度增加引起的、电极中的电化学反应面积的减小。
(5)上述单元框架的实例包括以下形式：排液整流部具有切除部，切除部沿着主沟部的布置方向形成在框架本体中，并且主沟部的出口被设置成与切除部连续。
排液整流部由设置在框架本体中的切除部限定。在此情形中，利用被设置成与切除部连续的主沟部的出口，从每个主沟部排出的电解液能够由排液整流部收集。
(6)上述单元框架的实例包括以下形式：排液整流部具有收集沟部，收集沟部沿着主沟部的布置方向形成在双极板中，从而与主沟部的出口连续，并且框架本体具有排液引导沟部，排液引导沟部使得收集沟部和排液歧管相互连通。
排液整流部由设置在双极板中的收集沟部形成。在此情形中，通过在框架本体中设置使得收集沟部和排液歧管相互连通的排液引导沟部，能够由收集沟部收集从主沟部排出的电解液，并且所收集的电解液能够被从排液歧管排出。
(7)根据本发明的实施例的单元堆包括根据上述(1)到(6)中的任何一项的单元框架。
因为上述单元堆包括根据本发明实施例的单元框架，所以伴随电化学反应产生的气体能够通过被夹带在电解液的流中而被排出到电池单元的外侧。因此，能够抑制所产生的气体在电极处的积聚。相应地，因为能够抑制电极中的电化学反应面积的减小，所以能够抑制电化学反应的劣化。
(8)根据本发明的实施例的氧化还原液流电池包括根据上述(7)的单元堆。
因为上述氧化还原液流电池包括根据本发明的实施例的单元堆，所以伴随电化学反应产生的气体能够通过被夹带在电解液的流中而被排出到电池单元的外侧。因此，能够抑制所产生的气体在电极处的积聚。相应地，因为能够抑制电极中的电化学反应面积的减小，所以能够抑制电化学反应的劣化。
[根据本发明的实施例的细节]
以下参考绘图描述根据本发明的实施例的单元框架、单元堆和氧化还原液流电池(RF电池)的细节。在绘图中相同的附图标记表示相同名称的元件。首先，参考图3到5，描述实施例的RF电池1的基本结构。在这之后，主要参考图1和2，描述设置在该实施例的RF电池1中的单元框架的实施例。应该注意，本发明不限于这些实例。本发明由权利要求书的范围指示并且旨在包含在权利要求书的范围内和在等效的含义和范围内的所有的修改。
[RF电池]
典型地，如图3中所示，RF电池例如经由交流/直流转换器和变压器单元被连接到发电单元和负载诸如电力系统或者消费者。RF电池1以发电单元作为电力供应源被充电，并且以负载作为电力消耗目标被放电。发电单元的实例包括例如光伏发电机、风力发电机和另一普通发电厂。
RF电池1包括电池单元100，电池单元100被隔膜101分离成正极电极单元102和负极电极单元103。正极电极单元102在其中包括正极电极104，向正极电极104供应正极电解液。负极电极单元103在其中包括负极电极105，向负极电极105供应负极电解液。典型地，RF电池1包括多个电池单元100和单元框架2(图5)。每个单元框架2包括双极板3，双极板3被布置在相邻电池单元100之间。
正极电极104和负极电极105是由在电解液中包含的活性材料在此处执行电化学反应的反应场。隔膜101用作将正极电极104和负极电极105相互分离并且对于规定的离子可渗透的分离部件。双极板3被布置在正极电极104和负极电极105之间。双极板3是允许电流流过其中并且对于电解液不可渗透的导电部件。如图5中所示，单元框架2包括双极板3和框架本体4，框架本体4包围双极板3的周缘。
向正极电极单元102循环供应正极电解液的正极电解液循环机构100P包括正极电解液箱106、导管108和110以及泵112。正极电解液箱106存储正极电解液。导管108和110将正极电解液箱106和正极电极单元102相互连接。泵112被设置在位于上游侧(供应侧)的导管108中。向负极电极单元103循环供应负极电解液的负极电解液循环机构100N包括负极电解液箱107、导管109和111以及泵113。负极电解液箱107存储负极电解液。导管109和111将负极电解液箱107和负极电极单元103相互连接。泵113被设置在位于上游侧(供应侧)的导管109中。
正极电解液通过上游侧上的导管108被从正极电解液箱106供应到正极电极104，并且通过下游侧(排出侧)上的导管110从正极电极104返回到正极电解液箱106。此外，负极电解液通过上游侧上的导管109从负极电解液箱107供应到负极电极105，并且通过下游侧(排出侧)上的导管111从负极电极105返回到负极电解液箱107。通过正极电解液和负极电解液的循环，正极电解液和负极电解液被分别供应到正极电极104和负极电极105。因此，各极的电解液中的活性材料经历价态变化反应，使得RF电池1被充电和放电。参考图3和4，在正极电解液箱106和负极电解液箱107中图示的钒离子例示在正极电解液和负极电解液中作为活性材料包含的离子种类。在图3中，实线箭头指示充电，虚线箭头指示放电。
典型地，RF电池1被以称作单元堆200的形式使用，在单元堆200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、一对端板210和220、连接部件230和紧固部件。通过反复地堆叠某个单元框架2、正极电极104、隔膜101、负极电极105和另一单元框架2而结构化堆叠体。堆叠体介于端板210和220之间。连接部件230将端板210和220相互连接。紧固部件例如是螺母。通过利用紧固部件紧固端板210和220而利用在堆叠方向上的紧固力维持堆叠体的堆叠状态。副堆叠体200S包括规定数目的电池单元100。单元堆200被以其中多个副堆叠体200S被堆叠的形式使用。在位于副堆叠体200S或者单元堆200在电池单元100的堆叠方向上的每一端处的单元框架2中，替代双极板3布置了供应/排出板(未示出)。
各极的电解液均通过在出自面对彼此的单元框架2的多片框架本体4中的一片(液体供应侧片；在图5的页面中的下侧)处形成的液体供应歧管44、液体供应引导沟部46和液体供应整流部(未示出)被供应到正极电极104和负极电极105中的对应的一个。各极的电解液均通过在出自面对彼此的单元框架2的多片框架本体4的另一片(排液侧片；在图5的页面中的上侧)处形成的排液整流部(未示出)、排液引导沟部47和排液歧管45被从正极电极104和负极电极105中的对应的一个排出。正极电解液通过液体供应歧管44，然后通过在框架本体4的一个表面侧(图5的页面的前侧)上形成的液体供应引导沟部46，通过被形成为与液体供应引导沟部46连续的液体供应整流部被沿着框架本体4的一个表面侧(另一表面侧)上的内周边部分散，并且被供应到正极电极104。然后，如由图5的上视图中的箭头所示，正极电解液从正极电极104的下侧朝向上侧流动，被在框架本体4的一个表面侧(页面的前侧)上的内周边部中形成的排液整流部收集，并且通过被形成为与排液整流部连续的排液引导沟部47被排出到排液歧管45。除了负极电解液在框架本体4的另一个表面侧(页面的后侧)上供应和排出之外，负极电解液的供应和排出被以与正极电解液的供应和排出相同的方式执行。诸如O形环或者扁平填充物这样的环形密封部件5被布置在框架本体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选自已知结构。
[RF电池的主要特征]
根据该实施例的RF电池1的特征之一是单元框架的使用，利用该单元框架，伴随电极处的电化学反应作为副反应产生的气体能够被夹带在电解液的流中从而被排出到电池单元的外部，并且相应地，能够抑制所产生的气体在电极处的积聚。此后，详细描述设置在根据上述实施例的RF电池1中的单元框架。
<<第一实施例>>
参考图1，描述根据第一实施例的单元框架2A。这个单元框架2A对应于上述单元框架2。单元框架2A包括双极板3A和框架本体4A。双极板3A与在电池单元100(图5)中包括的正极电极104和负极电极105相接触。框架本体4A包围双极板3A的周缘。双极板3A具有多个主沟部31，所述多个主沟部31被布置在双极板3A的前表面和后表面中，并且允许电解液流过其中。框架本体4A包括排液歧管45、排液整流部49和排液引导沟部47。排液歧管45允许电解液被从其排出到电池单元100的外部。排液整流部49由在主沟部31的布置方向上形成的切除部49s限定。排液引导沟部47将排液整流部49和排液歧管45相互连接。主沟部31具有出口31o，出口31o被形成为与排液整流部49(切除部49s)连续。
根据第一实施例的单元框架2A的特征之一是，当主沟部31的宽度是Wc时，所述多个主沟部31的总宽度Wc总大于排液整流部49在与主沟部31的布置方向垂直的方向上的宽度Wd。当满足Wc总>Wd时，电解液的流动速率能够在流过排液整流部49时比在流过主沟部31时更高。相应地，伴随电极处的电化学反应产生的气体能够通过被夹带在电解液的流中而从主沟部31侧朝向排液整流部49侧快速地流动，并且能够被从排液歧管45排出到电池单元100的外部。
(双极板)
原则上，双极板3A将相邻的电池单元100(图5)相互分离。双极板3A是矩形平板。电池单元100和相邻电池单元100中的一个的正极电极104和负极电极105被分别地布置在双极板3A的前表面和后表面中。双极板3A具有在其面对正极电极104的表面和其面对负极电极105的表面中布置的多个主沟部31。所述多个主沟部31用作电解液流过其中的通道。正极电解液流过设置在双极板3A的面对正极电极104的表面中的一个表面中的主沟部31。负极电解液流过设置在双极板3A的面对负极电极105的另一个表面中的主沟部31。能够根据主沟部31的形状、尺寸等等调节电解液在每一个电池单元100中的流动。
根据本实例，主沟部31由在从将在以后描述的框架本体4A的液体供应侧片41指向排液侧片42的方向(连接片43的纵向方向)上延伸的竖直沟部形成。肋34形成在彼此相邻的主沟部31之间。在图1中，为了便于描述，肋34带有交叉阴影线。电解液在双极板3A中的流动形成沿着主沟部31的流动和越过肋34的流动。
主沟部31被设置成满足Wc总>Wd，即，所述多个主沟部31的宽度的总和Wc总(主沟部31的宽度Wc×主沟部31的数目)大于将在以后描述的排液整流部49在与主沟部31的布置方向垂直的方向上的宽度Wd。通过呈以下形式中的任一种的主沟部31的宽度Wc，满足Wc总>Wd：(1)所述多个主沟部31中的至少一个的宽度Wc大于宽度Wd；和(2)虽然所述多个主沟部31中的每一个主沟部的宽度Wc小于宽度Wd，但是主沟部31的宽度Wc的总和满足Wc总>Wd。这里，宽度Wc可以是固定的或者可以在所述多个主沟部31之间改变。此外，每个主沟部31的宽度Wc可以是均匀的或者可以在主沟部31的纵向方向上改变。此外，每个主沟部31的宽度Wc可以是均匀的或者可以在主沟部31的深度方向上改变。当主沟部31的宽度Wc在纵向方向或者深度方向上改变时，最大宽度被视为宽度Wc。优选的是，所述多个主沟部31中的每个主沟部的宽度Wc大于宽度Wd。此后，详细描述主沟部31。
优选地，主沟部31的宽度Wc满足：Wc为从3到10mm。当宽度Wc是3mm或者更大时，能够抑制由于主沟部31的宽度的过度降低引起的流动阻力的增加。另外，与在主沟部31中的情况相比较，容易实现流过下文所述的排液整流部49的电解液的流动速率的增加。为了增加流过排液整流部49的电解液的流动速率，即，为了降低流过主沟部31的电解液的流动速率，优选的是宽度Wc较大。更加优选地，宽度Wc是4mm或者更大，特别地，5mm或者更大。相反，当主沟部的宽度Wc是10mm或者更小时，能够抑制由于主沟部31的宽度的过度增加引起的、电极中的电化学反应面积的减小。为了确保电极中的电化学反应面积，优选的是肋34的宽度较大。对应地，优选的是主沟部31的宽度Wc较小。更加优选地，宽度Wc是9mm或者更小，特别地，8mm或者更小。
主沟部31的截面形状可以是任意形状，诸如、例如矩形形状或者半圆形形状。在主沟部31的宽度在从开口到底部的范围中不均匀的情形中，例如，在具有半圆形截面的主沟部31的情形中，最大宽度被视为上述宽度Wc。根据本实例，主沟部31具有从开口到底部具有均匀宽度的矩形截面。
此外，主沟部31的宽度可以在其纵向方向上是均匀的。可替代地，主沟部31的宽度可以在其纵向方向上改变，即，从进口31i朝向出口31o，主沟部31的宽度可以增加或者相反地降低。在此情形中，主沟部31的宽度Wc至少部分地在纵向方向上大于排液整流部49的宽度Wd便足够。主沟部31的宽度可以部分地在纵向方向上小于上述宽度Wd。根据本实例，主沟部31具有宽度Wc，宽度Wc在纵向方向上均匀并且大于排液整流部49的宽度Wd。
双极板3A可以由允许电流通过其中而不允许电解液通过其中的材料形成。此外，优选的是该材料具有耐酸性和适当刚度。双极板3A的材料的实例例如包括由石墨和聚烯烃基有机化合物或者氯化有机化合物形成的导电塑料。该材料可以是其中碳黑和类金刚石碳中的至少一种替代石墨的部分的导电塑料。聚烯烃基有机化合物的实例包括聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯等。氯化有机化合物的实例包括氯乙烯、氯化聚乙烯、氯化石蜡等。利用由这种材料形成的双极板3A，双极板3A能够具有降低的电阻并且具有良好的耐酸性。
(框架本体)
框架本体4A在其内侧形成用作电池单元100(图5)的区域。框架本体4A包括液体供应侧片41、排液侧片42和一对连接片43。排液侧片42面对液体供应侧片41。连接片43将液体供应侧片41和排液侧片42的端部相互连接，面对彼此，并且垂直于液体供应侧片41和排液侧片42。框架本体4A具有矩形形状。液体供应侧片41和排液侧片42形成矩形框架的长片并且连接片43形成矩形框架的短片。在于平面视图中看单元框架2A的情形中，当液体供应侧片41和排液侧片42沿其面对彼此的方向被定义为竖直方向并且与竖直方向垂直的方向被定义为水平方向时，液体供应侧片41位于在竖直方向上的下侧上并且排液侧片42位于在竖直方向上的上侧上。电解液从框架本体4A在竖直方向上的下侧朝向上侧流动。
框架本体4A的厚度大于双极板3A的厚度。相应地，当框架本体4A包围双极板3A的周缘时，形成水平差，从而形成其中正极电极104(负极电极105)被布置在双极板3A的前表面(后表面)和框架本体4A的前表面(后表面)之间的空间。
排液侧片
排液侧片42具有排液整流部49、排液引导沟部47和排液歧管45。从双极板3A排出的电解液被收集在排液整流部49中。排液引导沟部47将电解液从排液整流部49引导到排液歧管45。排液歧管45允许电解液被从其排出到电池单元100的外部。排液整流部49由在主沟部31的布置方向上在排液侧片42中形成的切除部49s限定。切除部49s是通过以规定宽度去除排液侧片42的内周边部在前表面和后表面中的部分而形成的细长薄板形空间。利用这些切除部49s，排液侧片42的内周边部的前表面和后表面具有水平差部，并且介于前表面和后表面中的水平差部之间的内周边部是薄部。电解液在底部处带有薄部的切除部49s中流动。当单元堆200(图5)被构建时，排液引导沟部47和排液整流部49被由塑料形成的保护板(未示出)覆盖。因此，在没有电解液通过排液引导沟部47或者排液整流部49泄漏的情况下，电解液能够在双极板3A和排液歧管45之间流动。
双极板3A的主沟部31的出口31o与框架本体4A的排液整流部49连续。利用这种结构，从双极板3A(电极)排出的电解液被在双极板3A的主沟部31的布置方向上收集在排液整流部49中，流过排液引导沟部47，并且被从排液歧管45排出。根据本实例，主沟部31的底表面、排液整流部49的底表面和排液引导沟部47的底表面大致相互齐平。在底表面之间可以存在水平差。
优选地，关于宽度比Wc/Wd，这是主沟部31的宽度Wc与排液整流部49在与主沟部31的布置方向垂直的方向(竖直方向)上的宽度Wd的比，宽度Wd具有满足Wc/Wd从0.5到5的这种尺寸。排液整流部49的宽度Wd指的是：当在平面视图中看单元框架2A时、在平面中在与主沟部31的布置方向垂直的方向上的长度。即，排液整流部49的宽度Wd是在与主沟部31的布置方向和主沟部31的深度方向两者垂直的方向上的长度。排液整流部49的截面形状可以是任意形状诸如、例如从开口到底部具有均匀宽度的矩形形状。排液整流部49的截面形状并不一定从开口到底部具有均匀宽度。在此情形中，最小宽度被考虑为宽度Wd。根据本实例，排液整流部49具有从开口到底部具有均匀宽度的矩形截面。
当Wc/Wd是0.5或者更大时，主沟部31的总宽度Wc总能够充分大于排液整流部49的宽度Wd。相应地，与在主沟部31中的情况相比较，能够进一步增加流过排液整流部49的电解液的流动速率。因此，所产生的气体能够通过被夹带在电解液的流中而朝向排液整流部49侧更加快速地流动。为了增加流过排液整流部49的电解液的流动速率，优选的是宽度比Wc/Wd较大。更加优选地，宽度比Wc/Wd是1.0或者更大，特别地，1.5或者更大。相反，当宽度比Wc/Wd是5或者更小时，能够抑制由于主沟部31宽度的过度增加引起的、在电极(正极电极104和负极电极105)中的电化学反应面积的减小。为了确保电极中的电化学反应面积，优选的是宽度比Wc/Wd是4或者更小，特别地，3或者更小。为了满足上述宽度比Wc/Wd，优选地，排液整流部49是0.6到20mm，更优选地为0.75至10mm，又更优选为1至6.7mm，特别为2至5mm。
排液整流部49的宽度可以是均匀的，或者在主沟部31的布置方向上部分地增加。当宽度不均匀时，最小宽度被考虑为Wd。根据本实例，在主沟部31的布置方向上，宽度Wd是均匀的。
液体供应侧片
液体供应侧片41具有液体供应歧管44、液体供应引导沟部46和液体供应整流部48。液体供应歧管44允许将电解液通过其供应到电池单元100中。液体供应引导沟部46从液体供应歧管44延伸。液体供应整流部48在双极板3A的主沟部31的布置方向上使从液体供应引导沟部46供应的电解液分散。液体供应整流部48由在主沟部31的布置方向上在液体供应侧片41中形成的切除部48s限定。切除部48s是通过以规定宽度去除液体供应侧片41的内周边部在前表面和后表面中的部分而形成的细长薄板形空间。利用这些切除部48s，液体供应侧片41的内周边部的前表面和后表面具有水平差部，并且介于前表面和后表面中的水平差部之间的内周边部是薄部。电解液在底部处带有薄部的切除部48s中流动。当单元堆200(图5)被构建时，液体供应引导沟部46和液体供应整流部48被由塑料形成的保护板(未示出)覆盖。因此，在没有电解液通过液体供应引导沟部46或者液体供应整流部48泄漏的情况下，电解液能够在液体供应歧管44和双极板3A之间流动。
双极板3A的主沟部31的进口31i与框架本体4A的液体供应整流部48连续。利用这种结构，从液体供应歧管44供应的电解液通过液体供应引导沟部46，被液体供应整流部48在双极板3A的主沟部31的布置方向上分散从而在双极板3A的宽度方向各处分配，到达主沟部31的进口31i，并且在电极各处流动。根据本实例，液体供应引导沟部46的底表面、液体供应整流部48的底表面和主沟部31的底表面大致相互齐平。在底表面之间可以存在水平差。
框架本体4A由满足耐酸性、电绝缘性和机械特性的材料形成。框架本体4A的材料的实例包括例如诸如聚四氟乙烯等的各种类型的氟树脂、聚丙烯、聚乙烯和氯乙烯。
其中布置环形密封部件5(图5)的密封沟部5s沿着周向形成在框架本体4A中。
<<第二实施例>>
参考图2，描述根据第二实施例的单元框架2B。这个单元框架2B和根据第一实施例的单元框架2A之间的主要差异是，排液整流部被设置在双极板3B中。此外，在单元框架2B的双极板3B中形成的主沟部31的形状不同于根据第一实施例的双极板3A。此后，主要对于在单元框架2B和根据第一实施例的单元框架2A之间的差异进行说明。
(双极板)
作为主沟部31，双极板3B包括：引入侧主沟部31a，通过引入侧主沟部31a将电解液引入到电极；和排出侧主沟部31b，从电极从排出侧主沟部31b排出电解液。引入侧主沟部31a和排出侧主沟部31b相互独立而不是相互连通。引入侧主沟部31a和排出侧主沟部31b被以交替顺序并排地布置从而以规定距离相互隔开。引入侧主沟部31a与分配沟部32一起地形成面对由排出侧主沟部31b和收集沟部33形成的梳形结构的梳形结构。引入侧主沟部31a具有用于电解液的进口31i，并且排出侧主沟部31b具有用于电解液的出口31o。肋34在引入侧主沟部31a和相邻的排出侧主沟部31b之间形成。
双极板3B具有收集沟部33，收集沟部33用作排液整流部。收集沟部33在排出侧主沟部31b的布置方向上形成从而与排出侧主沟部31b的出口31o连续。收集沟部33通过在将在以后描述的框架本体4B中形成的排液引导沟部47与排液歧管45连通。根据本实例，主沟部31由在从框架本体4B的液体供应侧片41指向框架本体4B的排液侧片42的方向上延伸的竖直沟部形成，并且收集沟部33在一对连接片43之间延伸的方向上由水平沟部形成。
双极板3B具有分配沟部32，分配沟部32用作液体供应整流部。分配沟部32在引入侧主沟部31a的布置方向上形成从而与引入侧主沟部31a的进口31i连续。分配沟部32通过在将在以后描述的框架本体4B中形成的液体供应引导沟部46与液体供应歧管44连通。根据本实例，类似于收集沟部33，分配沟部32由水平沟部形成。
(框架本体)
框架本体4B的排液侧片42包括排液歧管45和排液引导沟部47。排液引导沟部47允许在双极板3B中形成的收集沟部33和排液歧管45之间的连通。利用这种结构，从排出侧主沟部31b的出口31o排出的电解液被收集在收集沟部33中，通过排液引导沟部47，并且被从排液歧管45排出。根据本实例，排出侧主沟部31b的底表面、收集沟部33的底表面和排液引导沟部47的底表面大致相互齐平。在底表面之间可以存在水平差。
框架本体4B的液体供应侧片41包括液体供应歧管44和液体供应引导沟部46。液体供应引导沟部46允许在双极板3B中形成的分配沟部32和液体供应歧管44之间的连通。利用这种结构，从液体供应歧管44供应的电解液通过液体供应引导沟部46，被双极板3B的分配沟部32分散从而在双极板3B的宽度方向各处被分配，到达引入侧主沟部31a的进口31i，并且在电极各处流动。根据本实例，液体供应引导沟部46的底表面、分配沟部32的底表面和引入侧主沟部31a的底表面大致相互齐平。在底表面之间可以存在水平差。
在根据第二实施例的单元框架2B中，类似于根据第一实施例的单元框架2A，所述多个排出侧主沟部31b(主沟部31)的总宽度Wc总大于收集沟部33(排液整流部)在与排出侧主沟部31b的布置方向垂直的方向上的宽度Wd。特别地，排出侧主沟部31b的宽度Wc与收集沟部33的宽度Wd的宽度比Wc/Wd满足：Wc/Wd从0.5到5。因此，电解液的流动速率能够在流过收集沟部33时比在流过排出侧主沟部31b时更高。相应地，伴随电极(正极电极104和负极电极105)处的电化学反应产生的气体能够通过被夹带在电解液的流中而从排出侧主沟部31b侧朝向收集沟部33侧快速地流动，并且能够被从排液歧管45排出到电池单元100的外部。
<<变型>>
根据第一实施例的单元框架2A和根据第二实施例的单元框架2B的主沟部和排液整流部可以以如下方式实现。
(1)每个主沟部是其中进口中的对应的一个和出口中的对应的一个相互连通的单个竖直沟部(见图1)。排液整流部是在双极板中的主沟部的布置方向上形成从而与出口连续的收集沟部(见图2)。液体供应整流部可以是在双极板中的主沟部的布置方向上形成从而与进口连续的分配沟部或者在框架本体中形成的切除部。
(2)主沟部是包括相互独立而不是相互连通的、具有进口的引入侧主沟部和具有出口的排出侧主沟部的竖直沟部(见图2)。排液整流部是在框架本体中的主沟部的布置方向上形成从而与排出侧主沟部的出口连续的切除部(见图1)。液体供应整流部可以是在双极板中的主沟部的布置方向上形成从而与进口连续的分配沟部。可替代地，液体供应整流部是在框架本体中形成的切除部。
(3)在主沟部包括引入侧主沟部和排出侧主沟部的情形中，引入侧主沟部和排出侧主沟部面对彼此，并且在电解液的流动方向上相互间隔开而不是相互接合，并且以交替顺序布置。
(4)主沟部具有竖直沟部结构。在此情形中，液体供应整流部和排液整流部被在竖直方向上设置。
[测试例]
制成多个RF电池(测试样本A到G)。每个RF电池包括单元框架(图1)，单元框架包括：双极板，双极板具有前表面和后表面；和框架本体，框架本体具有切除部。双极板具有在前表面和后表面中的每一个中具有竖直沟部结构的多个主沟部。框架本体的切除部用作排液整流部。然后，用RF电池执行充电和放电测试，并且RF电池的单元电阻率被测量。充电和放电测试在以下条件下执行。即，放电终止电压：1V，充电终止电压：1.6V，和电流：25A。如下评价单元电阻率：根据充电和放电测试绘制充电和放电曲线。评价充电和放电曲线的第三周期处的单元电阻率。对于每一个测试样本，表格1示出双极板的主沟部的宽度Wc、双极板中的主沟部的数目、双极板的主沟部的总宽度Wc总、框架本体的排液整流部的宽度Wd，和作为宽度Wc与宽度Wd的比的宽度比Wc/Wd，和单元电阻率。根据本实例，所有的所述多个主沟部具有相同的形状和尺寸，并且沟部的宽度在纵向方向和深度方向上是均匀的。液体供应整流部的宽度在纵向方向上是均匀的。
[表1]
从表1发现，与其中主沟部的总宽度Wc总等于排液整流部的宽度Wd的测试样本A相比较，用其中主沟部的总宽度Wc总大于排液整流部的宽度Wd的测试样本B到G，能够降低RF电池的单元电阻率。认为其原因如下：因为主沟部的总宽度Wc总充分大于排液整流部的宽度Wd，所以电解液的流动速率能够在流过排液整流部时比在流过主沟部时更高，并且伴随电化学反应产生的气体能够通过被夹带在电解液的流中而朝向排液整流部侧快速地流动。发现特别地用满足主沟部的宽度Wc与排液整流部的宽度Wd的宽度比Wc/Wd从0.5到5的测试样本C至F，能够进一步降低RF电池的单元电阻率。认为其原因如下：因为主沟部的宽度Wc充分地大于排液整流部的宽度Wd，所以电解液的流动速率能够在流过排液整流部时比在流过主沟部时更高，并且伴随电化学反应产生的气体能够通过被夹带在电解液的流中而朝向排液整流部侧快速地流动。相反，当Wc/Wd小于0.5或者大于5时，RF电池的单元电阻率较高。认为其原因如下：因为在测试样本B中，排液整流部的宽度Wd过度地大于主沟部的宽度Wc，所以在流过排液整流部时比在流过主沟部时电解液的流动速率更低，并且相应地，电极处的气体积聚在电极处而不是被成功地排出，由此电极中的电化学反应面积减小。认为其另一原因如下：因为测试样本B的主沟部的宽度Wc过小，所以对于电解液的流动阻力增加。用测试样本G认为，因为主沟部的宽度Wc过大，所以电极中的电化学反应面积减小。
附图标记列表
1 氧化还原液流电池(RF电池)
2、2A、2B 单元框架
3、3A、3B 双极板
31 主沟部
31i 进口
31o 出口
31a 引入侧主沟部
31b 排出侧主沟部
32 分配沟部(液体供应整流部)
33 收集沟部(排液整流部)
34 肋
4、4A、4B 框架本体
41 液体供应侧片
42 排液侧片
43 连接片
44 液体供应歧管
45 排液歧管
46 液体供应引导沟部
47 排液引导沟部
48 液体供应整流部
48s 切除部
49 排液整流部
49s 切除部
5 密封部件
5s 密封沟部
100 电池单元
101 隔膜
102 正极电极单元
103 负极电极单元
104 正极电极
105 负极电极
100P 正极电解液循环机构
100N 负极电解液循环机构
106 正极电解液箱
107 负极电解液箱
108、109、110、111 导管
112、113 泵
200 单元堆
200S 副堆叠体
210、220 端板
230 连接部件

Claims (8)

1.一种单元框架，包括：
双极板，所述双极板与电池单元中所包括的电极相接触；和
框架本体，所述框架本体包围所述双极板的周缘；
其中，所述框架本体具有排液歧管，所述排液歧管允许电解液通过所述排液歧管而排放到所述电池单元的外侧，
其中，所述双极板具有多个主沟部，所述多个主沟部被布置在位于电极侧上的所述双极板的表面中，并且允许电解液通过所述主沟部流动，
其中，所述框架本体和所述双极板中的至少一个具有排液整流部，从每个所述主沟部排出的电解液被收集在所述排液整流部中，从而所述电解液被导向所述排液歧管，并且
其中，当所述主沟部的宽度是Wc时，所述多个主沟部的总宽度Wc总大于所述排液整流部在垂直于所述主沟部的布置方向的方向上的宽度Wd。
2.根据权利要求1所述的单元框架，
其中，每个所述主沟部的宽度Wc与所述排液整流部的宽度Wd的宽度比Wc/Wd满足：Wc/Wd为从0.5到5。
3.根据权利要求1或者2所述的单元框架，
其中，所述排液整流部的宽度Wd满足：Wd为从0.6到20mm。
4.根据权利要求1到3中任何一项所述的单元框架，
其中，所述主沟部的宽度Wc满足：Wc为从3到10mm。
5.根据权利要求1到4中任何一项所述的单元框架，
其中，所述排液整流部具有切除部，所述切除部沿着所述主沟部的布置方向形成在所述框架本体中，并且
其中，所述主沟部的出口被设置成与所述切除部相连续。
6.根据权利要求1到4中任何一项所述的单元框架，
其中，所述排液整流部具有收集沟部，所述收集沟部沿着所述主沟部的布置方向形成在所述双极板中，从而与所述主沟部的出口相连续，并且
其中，所述框架本体具有排液引导沟部，所述排液引导沟部使得所述收集沟部和所述排液歧管相互连通。
7.一种单元堆，包括：
根据权利要求1到6中任何一项所述的单元框架。
8.一种氧化还原液流电池，包括：
根据权利要求7所述的单元堆。
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