CN109216743A - 一体化氧化还原液流电池电堆 - Google Patents
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Abstract
一种一体化氧化还原液流电池电堆，包括一体化的液流框板(液流框板与导电塑料板一次注塑成型)、一体化的液流端框板(液流端框板、导电塑料板及集电板一次注塑成型)、紧固件，其中：所述一体化的液流框板设有进、出液口，一体化的液流框板正、反面设有进、出液支路流道，进液支路流道的一端与进液口连通，进液支路流道的另一端与长直U型迂回槽连通，出液支路流道的一端与出液口连通，出液支路流道的另一端与长直U型迂回槽连通，相邻的一体化液流框板之间粘贴有离子交换膜，一体化的液流框板是液流框板与导电塑料板注塑成型；一体化的液流端框板是液流端框板与导电塑料板及集电板注塑成型；一体化液流框板内框及一体化液流端框板内框中装有电极；所述一体化的液流框板、电极、离子交换膜及一体化的液流端框板通过紧固件压紧串联在一起。
Description
技术领域
本发明涉及电储能领域，主要是指一种一体化氧化还原液流电池电堆。
背景技术
国家能源局正式出台的《关于促进电储能参与“三北”地区电力辅助服务补偿(市场)机制试点工作的通知》如一缕春风，吹开了储能参与调峰调频辅助服务市场的大门，整个产业对未来储能的发展充满了信心。到2020年全国储能技术的累计装机量将达到14.5吉瓦，该数据含储热却不含抽水蓄能，若按理想场景来看，上述统计将达到24.2吉瓦。利好储能发展政策的出台和市场需求的双重推动，为储能参与调峰调频奠定了基础。目前大连国家级大型化学储能示范项目、二连浩特微网群示范项目等相关项目正在实施中，一些调峰调频储能电站建设运行的新模式也在探讨当中。
理论上，储能可以实现改善风光电质量、减轻电网压力、参与电力市场提供辅助服务等多重应用价值，目前南方电网参与机制与结算方式刚出台，储能价值已经体现。
如国内有实力的公司本区域建设独立电池储能电站，通过最大限度协调区域内电站的运行，最大程度发挥储能电站的价值，实现赢利方式的形成。这个独立储能电站可由电网直接调度，类似于小型抽水蓄能电站，为电网提供调峰、调频、备用、跟踪计划发电、平滑风电出力等多种服务。它能独立运营，其调节电量容易统计，服务的种类及计量也相对容易，一定程度上简化储能电站的运营难度。独立储能电站要与发电设备彻底分开，在投资界面上主体清晰明确，投资评估的难度会相应降低。同时，也更容易明晰储能本身的价值，政策和补贴的针对性更强。
一体化氧化还原液流电池是一种的化学电源，能够溶解电解液中不同的金属离子作为电池正极和负极活性物质，正极电解液和负极电解液分别储存在不同的电解液箱中。电池充电或放电时，通过磁力泵，把正极电解液和负极电解液分别注入电堆正极室和负极室，完成氧化还原反应后，流回到不同的电解液箱中。从一体化氧化还原液流电池的原理和特点来看，一体化氧化还原液流电池适合于电网大规模储能应用。
现有的一体化氧化还原液流电池通常由导电塑料板、电极、离子交换膜、集流板、导流槽等构成，存在加工组件多、长宽高太大、体积重量粗笨、内阻高、组装不方便、结构太复杂、加工很困难、电解液传输效果不好、自放电大、功率密度小、能量效率低、成本太高等缺陷，难以大规模推广及应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种一体化氧化还原液流电池电堆，具有组件少、结构简单紧凑，加工容易、组装方便、体积小、内阻低、电解液传输效果好、自放电小、能量效率高、成本低，可实现一体化氧化还原液流电池的大规模应用。
实现本发明的技术方案是：这种一体化氧化还原液流电池电堆包括一体化的液流框板(液流框板与导电塑料板一次注塑成型)、一体化的液流端框板(液流端框板、导电塑料板及集电板一次注塑成型)、紧固件；其中：所述一体化的液流框板设有进、出液口，一体化的液流框板正、反面设有进、出液支路流道，进液支路流道的一端与进液口连通，进液支路流道的另一端与长直U型迂回槽连通，出液支路流道的一端与出液口连通，出液支路流道的另一端与长直U型迂回槽连通，相邻的一体化液流框板之间粘贴有离子交换膜，一体化的液流框板是液流框板与导电塑料板注塑成型；一体化的液流端框板是液流端框板与导电塑料板及集电板注塑成型；一体化液流框板内框及一体化液流端框板内框中装有电极；所述一体化的液流框板、电极、离子交换膜及一体化的液流端框板通过紧固件压紧串联在一起。
该技术方案还包括：
所述一体化液流框板的长宽比值L∶W为10∶1，所述进液口设置在一体化液流框板左下角，一体化液流框板相对另一侧设置有出液口，所述进、出液口呈对角正反对称分布。
所述进液支路流道是由进液口、长直U型迂回槽与导电塑料板连通的多条均匀分布的竖形槽连接构成，长直U型迂回槽与所述进液口连通，长直U型迂回槽与导电塑料板通过多条均匀分布竖形槽连通。
所述出液支路流道是由出液口、长直U型迂回槽与导电塑料板连通的多条均匀分布的竖形槽连接构成，长直U型迂回槽与所述出液口连通，长直U型迂回槽与导电塑料板通过多条均匀分布竖形槽连通。
所述进、出液支路流道上嵌有盖板。
所述一体化的液流框板横向外边框距边缘5-20mm处上下斜对角设置定位销和上下斜对角设置定位孔，定位销和定位孔在横向上下外边框两两对称。
所述液流框板内框距边缘四周5-10mm处粘贴离子交换膜，所述离子交换膜为全氟离子膜。
所述导电塑料板上开有用于传输电解液的进、出流道，进、出流道与电极框内框上、下部直竖形槽等间距分布。
所述一体化的液流框板与所述导电塑料板一次注塑成型，一体化的液流框板电极框内框中装有电极，其中，所述电极材料的材质为碳毡、石墨毡、纳米碳纤维或者其他复合材料，所述液流框板由PP、PE、PVC、PVDF或其他高分子材料制成。
所述一体化的液流端框板、导电塑料板及集电板一次注塑成型，一体化的液流端框板设有左右边侧包含长直U型溶液迂回槽、进液口和出液口，其电极框内框中装有电极；其中，所述电极的材质为碳毡、石墨毡、纳米碳纤维或者其他复合材料，所述液流端框板由PP、PE、PVC、PVDF或其他高分子材料制成。
本发明具有的有益效果：
本发明在液流框板上开设专门的电解液进、出液支路流道，进、出液支路流道均由多条长直槽迂回连接构成，成倍增加了进、出液支路流道的长度，从而成倍增加了电解液进、出液支路流道的电阻，因而降低了一体化氧化还原液流电池自放电，从而提高了一体化氧化还原液流电池的能量效率。
本发明在电极上直接开设多条等间距分布的流道，淘汰了导流网、湍流网等组件，一体化氧化还原液流电池厚度薄、体积小、内阻低、电解液传输扩散效果好、提高了一体化氧化还原液流电池的功率密度和能量效率。
本发明将一体化氧化还原液流电池框板与导电塑料板一次注塑成型，减少了液流电池框板与导电塑料板的密封边角区域正负电解液内漏现象，不仅大大提高了氧化还原液流电池的能量效率，还简化了氧化还原液流电池电堆的生产工艺，节省不必要的生产成本，避免了正负电解液直接接触产生的系统损耗，从而提高了氧化还原液流电池的性能。
同样，本发明将一体化氧化还原液流电池端框板、导电塑料板和集电板一次注塑成型，减少了液流电池框板与导电塑料板的密封边角区域正负电解液内漏现象，不仅大大提高了氧化还原液流电池的能量效率，还简化了氧化还原液流电池电堆的生产工艺，节省不必要的生产成本，避免了正负电解液直接接触产生的系统损耗，从而提高了氧化还原液流电池的性能。
本发明将液流框板内框距边缘四周5-10mm处粘贴离子交换膜，不仅大大减少了离子交换膜上没有电极覆盖的边角区域，从而大大提高了离子交换膜的利用率，节省了离子交换膜的成本，而且避免了离子交换膜两面上没有正、负电极覆盖的区域与正、负电解液直接接触，从而大大地提高了一体化氧化还原液流电池的电流效率和能量效率。
总之，本发明的一体化氧化还原液流电池组件少、结构简单紧凑，加工容易、组装方便、厚度薄、体积小、内阻低、电解液传输效果好、自放电小、功率密度大、能量效率高、成本低，为一体化氧化还原液流电池的大规模应用奠定了坚实基础。
附图说明
图1是本发明的总体结构分解组装示意图。
图2是图1的一体化液流框板示意图。
图3是图2的剖面图。
图4是图1的一体化液流端框板示意图。
图5是图4的左视图。
图6是图4的右视图。
图中：1一体化液流端框板，11液流端框板，12导电柱，13集电板，2盖板，3电极，4全氟离子交换膜，5出液口，6、7螺栓、螺母，8进液口，9一体化液流框板，91液流框板，92定位孔，93垂直竖形槽，94长直U型迂回槽，95导电塑料板，96电极框内框，97导电塑料板流道、98定位销。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，实施例不构成对本发明的限制：
如图所示，本一体化氧化还原液流电池电堆主要由一体化液流端框板1、盖板2、电极3、全氟离子交换膜4、出液口5、螺栓、螺母6、7、进液口8、一体化液流框板9组成。一体化液流端框板1主要由液流端框板11、导电柱12、集电板13、导电塑料板95、出液口5、进液口8、定位孔92、定位销98组成。一体化液流框板9主要由液流框板91、定位孔92、导电塑料板95、出液口5、进液口8组成。液流端框板11和液流框板91上分别有垂直竖形槽93、长直U型迂回槽94。液流端框板11和液流框板91内分别有电极框内框96。导电塑料板95上有导电塑料板流道97。
一体化的液流框板(液流框板与导电塑料板一次注塑成型)9、一体化的液流端框板(液流端框板、导电塑料板及集电板一次注塑成型)1、螺栓、螺母6、7；其中：所述一体化的液流框板9设有进液口8、出液口5，一体化的液流框板9正、反面设有进、出液支路流道，进液支路流道的一端与进液口8连通，进液支路流道的另一端与长直U型迂回槽94连通，出液支路流道的一端与出液口5连通，出液支路流道的另一端与长直U型迂回槽94连通，相邻的一体化液流框板9之间粘贴有全氟离子交换膜4，一体化的液流框板9是液流框板91与导电塑料板95注塑成型；一体化的液流端框板1是液流端框板11与导电塑料板95及集电板13注塑成型；一体化液流框板9的电极框内框96及一体化液流端框板1的电极框内框96中装有电极3；所述一体化的液流框板9、电极3、全氟离子交换膜4及一体化的液流端框板1通过螺栓、螺母6、7压紧串联在一起。
该技术方案还包括：
所述一体化液流框板9的长宽比值L∶W为10∶1，所述进液口8设置在一体化液流框板9左下角，一体化液流框板9相对另一侧设置有出液口5，所述进液口8、出液口5呈对角正反对称分布。
所述进液支路流道是由进液口8、长直U型迂回槽94与导电塑料板95连通的多条均匀分布的垂直竖形槽93连接构成，长直U型迂回槽94与所述进液口8连通，长直U型迂回槽94与导电塑料板95通过多条均匀分布垂直竖形槽93连通。
所述出液支路流道是由出液口5、长直U型迂回槽94与导电塑料板95连通的多条均匀分布的垂直竖形槽93连接构成，长直U型迂回槽94与所述出液口5连通，长直U型迂回槽94与导电塑料板95通过多条均匀分布垂直竖形槽93连通。
所述进、出液支路流道上嵌有盖板2。
所述一体化的液流框板9横向外边框距边缘5-20mm处上下斜对角设置定位销98和上下斜对角设置定位孔92，定位销98和定位孔92在横向上下外边框两两对称。
所述液流框板91内框距边缘四周5-10mm处粘贴全氟离子交换膜4。
所述导电塑料板95上开有用于传输电解液的进、出流道，进、出流道与电极框内框96上、下部直垂直竖形槽93等间距分布。
所述一体化的液流框板9与所述导电塑料板95一次注塑成型，一体化的液流框板1电极框内框96中装有电极3，其中，所述电极3材料的材质为碳毡、石墨毡、纳米碳纤维或者其他复合材料，所述液流框板由PP、PE、PVC、PVDF或其他高分子材料制成。
所述一体化的液流端框板1、导电塑料板95及集电板13一次注塑成型，一体化的液流端框板1设有左右边侧包含长直U型溶液迂回槽94、进液口8和出液口5，其电极框内框96中装有电极3；其中，所述电极3的材质为碳毡、石墨毡、纳米碳纤维或者其他复合材料，所述液流端框板由PP、PE、PVC、PVDF或其他高分子材料制成。
需要说明的是，本专利提供的多个方案包含本身的基本方案，相互独立，并不相互制约，但是其也可以在不冲突的情况下相互组合，达到多个效果共同实现。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的范围内。
Claims (10)
1.一种一体化氧化还原液流电池电堆，包括一体化的液流框板(液流框板与导电塑料板一次注塑成型)、一体化的液流端框板(液流端框板、导电塑料板及集电板一次注塑成型)、紧固件，其特征是：所述一体化的液流框板设有进、出液口，一体化的液流框板正、反面设有进、出液支路流道，进液支路流道的一端与进液口连通，进液支路流道的另一端与长直U型迂回槽连通，出液支路流道的一端与出液口连通，出液支路流道的另一端与长直U型迂回槽连通，相邻的一体化液流框板之间粘贴有离子交换膜，一体化的液流框板是液流框板与导电塑料板注塑成型；一体化的液流端框板是液流端框板与导电塑料板及集电板注塑成型；一体化液流框板内框及一体化液流端框板内框中装有电极；所述一体化的液流框板、电极、离子交换膜及一体化的液流端框板通过紧固件压紧串联在一起。
2.如权利要求1所述的一体化氧化还原液流电池电堆，其特征是：所述一体化液流框板的长宽比值L∶W为10∶1，所述进液口设置在一体化液流框板左下角，一体化液流框板相对另一侧设置有出液口，所述进、出液口呈对角正反对称分布。
3.如权利要求1所述的一体化氧化还原液流电池电堆，其特征是：所述进液支路流道是由进液口、长直U型迂回槽与导电塑料板连通的多条均匀分布的竖形槽连接构成，长直U型迂回槽与所述进液口连通，长直U型迂回槽与导电塑料板通过多条均匀分布竖形槽连通。
4.如权利要求1所述的一体化氧化还原液流电池电堆，其特征是：所述出液支路流道是由出液口、长直U型迂回槽与导电塑料板连通的多条均匀分布的竖形槽连接构成，长直U型迂回槽与所述出液口连通，长直U型迂回槽与导电塑料板通过多条均匀分布竖形槽连通。
5.如权利要求1所述的一体化氧化还原液流电池电堆，其特征是：所述进、出液支路流道上嵌有盖板。
6.如权利要求1所述的一体化氧化还原液流电池电堆，其特征是：所述一体化的液流框板横向外边框距边缘5-20mm处上下斜对角设置定位销和上下斜对角设置定位孔，定位销和定位孔在横向上下外边框两两对称。
7.如权利要求1所述的一体化氧化还原液流电池电堆，其特征是：所述液流框板内框距边缘四周5-10mm处粘贴离子交换膜，所述离子交换膜为全氟离子膜。
8.如权利要求1所述的一体化氧化还原液流电池电堆，其特征是：所述导电塑料板上开有用于传输电解液的进、出流道，进、出流道与电极框内框上、下部直竖形槽等间距分布。
9.如权利要求1所述的一体化氧化还原液流电池电堆，其特征是：所述一体化的液流框板与所述导电塑料板一次注塑成型，一体化的液流框板电极框内框中装有电极，其中，所述电极材料的材质为碳毡、石墨毡、纳米碳纤维或者其他复合材料，所述液流框板由PP、PE、PVC、PVDF或其他高分子材料制成。
10.如权利要求1所述的一体化氧化还原液流电池电堆，其特征是：所述一体化的液流端框板、导电塑料板及集电板一次注塑成型，一体化的液流端框板设有左右边侧包含长直U型溶液迂回槽、进液口和出液口，其电极框内框中装有电极；其中，所述电极的材质为碳毡、石墨毡、纳米碳纤维或者其他复合材料，所述液流端框板由PP、PE、PVC、PVDF或其他高分子材料制成。
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