CN109428105B - 一种用于锂液流电池的管式反应器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于锂液流电池的管式反应器，管式反应器包括外管和设于外管内的内管，在内管中形成腔体用以容纳正极浆料或负极浆料，在外管与内管之间形成腔体用以容纳负极浆料或正极浆料。内管的管壁采用双极性隔膜，通过双极性隔膜构成的管壁既可形成容纳电极浆料的空间、又可实现内管内外电极浆料的电化学反应。嵌套管式结构与传统的平面结构相比，可以在相同体积的反应器内获得更大的有效反应面积，进而提高了能量密度。而且，管状结构比平面结构的流道更为通畅，更利于电极浆料的流动，降低了电极浆料的驱动能耗。另外，内管和外管的形状以及排列方式灵活多变，从而使锂液流电池具有更好的空间利用率与适应性。

Description

一种用于锂液流电池的管式反应器

技术领域

本发明涉及锂液流电池领域，具体地涉及一种用于锂液流电池的管式反应器。

背景技术

锂液流电池是一种新型的电化学储能技术。不同于常规锂离子电池的固体电极材料，锂液流电池的电极材料是一种由有机电解液、电极活性材料和导电剂组成的粘稠的非水系电极浆料，电极浆料受到动力设备的驱动，连续或间接的流入反应器中进行电化学反应，从而实现对电能的存储或输出。锂液流电池兼具了传统锂离子电池高能量密度和液流电池扩展灵活、使用寿命长的特点，这使得锂液流电池在分布式发电、智能电网、基站储能、电网调峰调频等领域具有广阔的应用前景。

高效的电池反应器能为锂液流电池提供良好的能量交换效率，所以，电池反应器是锂液流电池最重要的组成部件。现有电池反应器通常采用多层正极腔和负极腔交叉叠置的结构，多孔隔膜在正极腔与负极腔之间以平面布设的方式覆盖整个反应器的横截面，电极浆料注入各个正极腔和负极腔并在隔膜两侧流动。这类电池反应器的有效反应面积相对较低，并不能充分发挥锂液流电池电极浆料高能量密度的优势。为了达到设计的输出功率常常需要增加电极浆料体积，额外耗费电池外壳、集流体和多孔隔膜等材料，增大了电池制造成本。加之常规电池反应器中流动阻力大等缺陷，影响了锂液流电池的整体性能，制约了其在电网储能系统的规模应用。

发明内容

针对以上存在的问题，本发明提供一种用于锂液流电池的管式反应器，管式反应器包括外管和设于外管内的内管，在内管中形成腔体用以容纳正极浆料或负极浆料，在外管与内管之间形成腔体用以容纳负极浆料或正极浆料。内管的管壁采用双极性隔膜，通过双极性隔膜构成的管壁既可形成容纳电极浆料的空间、又可实现内管内外电极浆料的电化学反应。嵌套管式结构与传统的平面结构相比，可以在相同体积的反应器内获得更大的有效反应面积，进而提高了能量密度。而且，管状结构比平面结构的流道更为通畅，更利于电极浆料的流动，降低了电极浆料的驱动能耗。另外，内管和外管的形状以及排列方式灵活多变，可以构成适应于不同外部空间的反应器，从而使锂液流电池具有更好的空间利用率与适应性。

本发明提供的技术方案如下：

根据本发明提供一种用于锂液流电池的管式反应器，其包括：外管，该外管具有侧壁、顶部和底部，在外管内设有顶部腔体、底部腔体和中间反应区；内管，该内管设置于外管内的中间反应区，内管通过将双极性隔膜制成筒状而获得，双极性隔膜是由隔离层、位于隔离层内侧的第一多孔集流层和位于隔离层外侧的第二多孔集流层构成，位于双极性隔膜最内侧的第一多孔集流层的长度大于隔离层的长度并从隔离层的上端和下端露出，位于双极性隔膜最外侧的第二多孔集流层的长度小于隔离层的长度并从隔离层的上端和下端缩进；以及，复合集流板，一复合集流板连接于外管的侧壁用以分隔顶部腔体和中间反应区并且另一复合集流板连接于外管的侧壁用以分隔底部腔体和中间反应区，复合集流板是由第一集流体、中间隔离层和第二集流体构成的夹心结构并且复合集流板具有与内管形成插接的通孔，复合集流板的第一集流体与内管的从隔离层的端部露出的第一多孔集流层电连接并且复合集流板的第二集流体与内管的第二多孔集流层电连接，其中，内管中的空间构成第一电极腔并且在内管与外管之间的空间构成第二电极腔，在第一电极腔和第二电极腔中分别注入第一电极浆料和第二电极浆料。换句话说，通过两个带有通孔的复合集流板将外管内部分为顶部腔体、中间反应区和底部腔体，由双极性隔膜制成的内管插接于通孔中，使得复合集流板的第一集流体与双极性隔膜的第一多孔集流层导电连接、复合集流板的中间隔离层与双极性隔膜的隔离层绝缘连接、复合集流板的第二集流体与双极性隔膜的第二多孔集流层导电连接。顶部腔体和底部腔体的设置便于对与其流体连通的多个内管进行电极浆料的注入和排出。优选地，顶部腔体和底部腔体的高度远小于中间反应区的高度，从而避免在发生电化学反应时顶部腔体和底部腔体内的远离复合集流板的电极浆料无法充分地参与电化学反应。

管式反应器还可包括：第一电极浆料入口，该第一电极浆料入口可设于外管的顶部上并且由顶部腔体形成第一电极浆料分流腔；第一电极浆料出口，该第一电极浆料出口可设于外管的底部上并且由底部腔体形成第一电极浆料汇流腔；第二电极浆料入口，该第二电极浆料入口可设于外管的位于中间反应区的侧壁上；以及，第二电极浆料出口，该第二电极浆料出口可设于外管的位于中间反应区的侧壁上。当电池反应器设有电极浆料入口和出口时，可以利用驱动设备在电池反应器外部产生电极浆料的外部循环。第一电极浆料入口的位置不限于外管的顶部，只要其能够与第一电极浆料分流腔流体连通即可，也就是说第一电极浆料入口可设置于顶部腔体的侧壁上；第一电极浆料出口的位置不限于外管的底部，只要其能够与第一电极浆料汇流腔流体连通即可，也就是说第一电极浆料出口可设置于底部腔体的侧壁上。另外，对于第二电极浆料入口和第二电极浆料出口来讲，优选地，第二电极浆料入口位于中间反应区的接近外管顶部的位置，第二电极浆料出口位于中间反应区的接近外管底部的位置，从而有利于第二电极浆料的注入和流出。

第一电极浆料和第二电极浆料可以分别为正极浆料和负极浆料、或者可以分别为负极浆料和正极浆料。在正极浆料中，正极活性导电颗粒占正极浆料的质量比可以为10％～90％、优选地为15％～80％，正极活性导电颗粒平均粒径可以为0.05μm～500μm，正极活性材料与导电剂的质量比可以为20～98：80～2。在负极浆料中，负极可嵌锂导电颗粒占负极浆料的质量比可以为10％～90％、优选地为15％～80％，负极可嵌锂导电颗粒平均粒径可以为0.05μm～500μm，负极可嵌锂材料与导电剂的质量比可以为20～98：80～2。正极活性材料可以为磷酸铁锂、磷酸锰锂、硅酸锂、硅酸铁锂、硫酸盐化合物、硫碳复合物、硫单质、钛硫化合物、钼硫化合物、铁硫化合物、掺杂锂锰氧化物、锂钴氧化物、锂钛氧化物、锂钒氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴氧化物、锂镍钴铝氧化物、锂镍铝氧化物、锂镍钴锰氧化物、锂铁镍锰氧化物等中的一种或多种。负极可嵌锂材料可以为可嵌锂的铝基合金、硅基合金、锡基合金、锂钛氧化物、锂硅氧化物、金属锂粉和石墨等中的一种或多种。导电剂可以为碳黑、科琴黑、石墨烯、碳纳米管、碳纤维、无定形碳、金属导电颗粒和金属导电纤维等中的一种或几种。金属导电颗粒或者纤维的材料可为铝、不锈钢或银等。

双极性隔膜的隔离层为离子导通、电子绝缘的多孔隔离层，而复合集流板的中间隔离层可以为离子导通、电子绝缘的多孔隔离层或者为电子绝缘的无孔隔离层。优选地，复合集流板的中间隔离层为多孔隔离层并且第一集流体和第二集流体为多孔集流体，因此经由复合集流板可以在顶部腔体、底部腔体与第二电极腔之间进行电化学反应，从而可以增大有效反应面积。双极性隔膜的隔离层和复合集流板的中间隔离层的材料可以为电子不导电的多孔聚合物材料；或者，双极性隔膜的隔离层和复合集流板的中间隔离层的材料可以为电子不导电的无机非金属材料与有机聚合物复合的多孔材料；或者，双极性隔膜的隔离层和复合集流板的中间隔离层的材料可以为电子不导电的聚合物基体、液体有机增塑剂和锂盐三部分复合构成的凝胶聚合物电解质复合材料；或者，双极性隔膜的隔离层和复合集流板的中间隔离层的材料可以为在电子不导电的多孔聚合物材料的孔隙内或在无机非金属材料与有机聚合物复合的多孔材料的孔隙内浸渍有离子导电的电解液或聚合物胶体材料。

外管和内管的截面形状可以为任意形状，例如内管的截面形状可以为圆形、三角形或多边形等，外管的截面形状可以为圆形、三角形、四边形、工字型或L型等。也就是说，外管的轮廓形状可以根据放置空间的限制灵活设计，多个内管可以根据外管的形状以均匀分布的方式布置于外管中。

外管可以由绝缘材料制成。优选地，外管由双层材料构成，外管的外层材料为绝缘材料并且外管的内层材料为位于外管内侧中部的导电材料，外管的内侧中部是指外管内侧的位于上侧复合集流板的第二集流体与下侧复合集流板的第二集流体之间的部分。也就是说，外管内层的导电材料也可以起到在第二电极腔内进行集流的作用，因此外管内层的导电材料可以与复合集流板的第二集流体导电接触、但是不能与复合集流板的第一集流体导电接触以免发生短路。

另外，为了增强集流效果，管式反应器还可包括设置于内管中心的集流柱。集流柱可以与复合集流板的第一集流体导电连接；或者集流柱可以与分别设于顶部腔体和底部腔体的多孔集流架导电连接。顶部多孔集流架连接固定于顶部腔体的侧壁或顶部，底部多孔集流架连接固定于底部腔体的侧壁或底部，顶部多孔集流架和底部多孔集流架可以起到集流的作用并且可以起到固定保持集流柱的作用，多孔集流架的通孔可以允许电极浆料的流通。在集流柱上还可设有支撑梁，支撑梁从集流柱向外延伸并电连接于双极性隔膜的第一多孔集流层。支撑梁从集流柱呈向外辐射状，其一端连接于集流柱并且另一端连接于第一多孔集流层，或者支撑梁可以与集流柱一体成型。支撑梁除了起到集流的作用之外，还可以起到支撑内管的作用。因此，优选地，集流柱与支撑梁均采用导电材料制成。

管式反应器还可包括内管支撑部，内管支撑部包围内管设置并至少部分地与内管紧密邻接，内管支撑部可以为支撑肋或带孔支撑板。由于双极性隔膜的厚度较薄，通常在50μm～150μm，因此为了增强由双极性隔膜制成的内管的强度和刚度，在内管的外侧设置内管支撑部。内管支撑部与内管紧邻接触是为了对内管更好地进行支撑。内管支撑部可以由竖直和水平的支撑肋构成，也可以由带有通孔的支撑板构成。另外，为了避免电极浆料的流动对内管进行扰动，管式反应器还可包括单层或多层的支架。在每层支架上设有内管插孔和流通孔，内管能够插入内管插孔中并且流通孔用于第二电极腔内的第二电极浆料的流通，多层支架中的各层支架沿内管的长度方向均匀分布。内管插孔的大小可以等于、略大于或略小于内管的大小，使得内管易于插入内管插孔中并不易在内管插孔中晃动。内管插孔的形状可以不与内管的形状相同，只要可以对内管进行水平方向的限位即可。优选地，内管支撑部和支架均由导电材料制成，因此在起到支撑作用的同时还可以起到集流的作用。

如上所述，第一多孔集流层、第一集流体、集流柱、支撑梁和多孔集流架均可电连接于第一极耳，第一极耳经由外管侧壁上的端口密封并延伸出外管，并且第二多孔集流层、第二集流体、外管的内侧中部的导电材料、内管支撑部和支架均可电连接于第二极耳，第二极耳经由外管侧壁上的另一端口密封并延伸出外管。其中，第一多孔集流层、第二多孔集流层、第一集流体、第二集流体、外管的内侧中部的导电材料、集流柱、支撑梁、多孔集流架、内管支撑部和支架的材料可选自于：不锈钢、铝、银、镍、钛、锡、镀锡铜或镀镍铜等。当第一电极腔中注入正极浆料并且第一多孔集流层、第一集流体、集流柱、支撑梁和多孔集流架作为正极集流体时，正极集流体的材料可以为不锈钢、镍、钛、锡、镀锡铜或镀镍铜等；当第一电极腔注入负极浆料并且第一多孔集流层、第一集流体、集流柱、支撑梁和多孔集流架作为负极集流体时，负极集流体的材料可以为不锈钢、铝或银等。第一多孔集流层、第一集流体、集流柱、支撑梁和多孔集流架的材料可以相同或不同。当第二电极腔中注入负极浆料并且第二多孔集流层、第二集流体、外管的内侧中部的导电材料、内管支撑部和支架作为负极集流体时，负极集流体的材料可以为不锈钢、铝或银等；当第二电极腔注入正极浆料并且第二多孔集流层、第二集流体、外管的内侧中部的导电材料、内管支撑部和支架作为正极集流体时，正极集流体的材料可以为不锈钢、镍、钛、锡、镀锡铜或镀镍铜等。第二多孔集流层、第二集流体、外管的内侧中部的导电材料、内管支撑部和支架的材料可以相同或不同。

本发明的优势在于：

1)采用管状双极性隔膜，显著提高了反应器内的有效反应面积，进而减少了制作反应器所需的耗材总量以及参与电化学反应所需的电极浆料，从而降低了电池制作成本，提高了能量密度；

2)管状结构比平面结构的流道更为通畅，更利于电极浆料流动，从而减小了流动阻力，降低了电极浆料驱动能耗；

3)外管形状不受限制并且内管在外管内的排列方式灵活，可以生成不同外形结构的反应器，从而使锂液流电池具有更好的空间利用率与适应性。

附图说明

图1为根据本发明的管式反应器的示意图，其中，图1(a)为管式反应器的纵截面和局部放大的示意图，图1(b)为管式反应器的立体示意图；

图2为根据本发明的管式反应器的内管和外管的横截面形状示意图，其中，图2(a)、2(b)、2(c)分别示出了不同的实施方式；

图3为根据本发明的管式反应器的内管和内管支撑部的示意图，其中，图3(a)和图3(b)分别示出方形横截面内管和圆形横截面内管的内管支撑部；

图4为根据本发明的管式反应器的支撑架和内管的示意图，其中，图4(a)和图4(b)分别为支撑架和内管的横截面示意图和立体示意图；

图5为根据本发明的管式反应器的集流柱和支撑梁的示意图，其中，图5(a)为根据一实施方式的管式反应器的纵截面图；图5(b)为根据另一实施方式的管式反应器的纵截面图以及A-A剖面图。

附图标记列表

1——管式反应器

2——外管

201——顶部

202——侧壁

203——底部

204——顶部腔体

205——中间反应区

206——底部腔体

207——第二电极腔

3——内管

301——第一多孔集流层

302——隔离层

303——第二多孔集流层

304——第一电极腔

4——复合集流板

401——第一集流体

402——中间隔离层

403——第二集流体

404——通孔

5a——第一电极浆料入口

5b——第一电极浆料出口

6a——第二电极浆料入口

6b——第二电极浆料出口

7a——第一极耳

7b——第二极耳

8——内管支撑部

801——水平支撑肋

802——竖直支撑肋

9——支架

901——内管插孔

902——流通孔

10——集流柱

11a——顶部多孔集流架

11b——底部多孔集流架

12——支撑梁

具体实施方式

下面将结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。

图1为根据本发明的管式反应器的示意图，其中，图1(a)为管式反应器的纵截面和局部放大的示意图，图1(b)为管式反应器的立体示意图。管式反应器1包括外管2、内管3、复合集流板4、第一电极浆料入口5a、第一电极浆料出口5b、第二电极浆料入口6a、第二电极浆料出口6b、第一极耳7a和第二极耳7b。外管2包括顶部201、侧壁202和底部203，第一电极浆料入口5a设于外管的顶部201，第一电极浆料出口5b设于外管的底部203。上侧的复合集流板4在外管2内的上部部分连接于外管的内壁，下侧的复合集流板4在外管2内的下部部分连接于外管的内壁，由此将外管的内部分为顶部腔体204、中间反应区205和底部腔体206，在外管的中间反应区205的侧壁上设置第二电极浆料入口6a和第二电极浆料出口6b。上侧的复合集流板和下侧的复合集流板在平面上的相应的位置处设有通孔404，由双极性隔膜制成的内管3的两个端部分别插入上侧和下侧的通孔404中，复合集流板4的第一集流体401与双极性隔膜的第一多孔集流层301导电连接，复合集流板4的中间隔离层402与双极性隔膜的隔离层302绝缘连接，复合集流板4的第二集流体403与双极性隔膜的第二多孔集流层303导电连接。第一极耳7a经由外管的侧壁上的端口伸出外管并与端口密封连接，第二极耳7b经由外管的侧壁上的另一端口伸出外管并与该端口密封连接。

第一电极浆料通过第一电极浆料入口5a进入由顶部腔体204构成的第一电极浆料分流腔，通过第一电极浆料分流腔的分流进入与第一电极浆料分流腔流体连通的多个第一电极腔304，之后进入由底部腔体206构成的第一电极浆料汇流腔，在完成电化学反应后从第一电极浆料出口5b流出。第二电极浆料通过第二电极浆料入口6a进入位于内管3和外管2之间的第二电极腔207，在完成电化学反应后从第二电极浆料出口6b流出。

图2为根据本发明的管式反应器的内管和外管的横截面形状示意图，其中，图2(a)、2(b)、2(c)分别示出了不同的实施方式。在图2(a)中，外管2的横截面形状为L型，内管3的横截面形状为正方形，多个内管3以均匀分布的方式设置于外管2中，正方形内管3与L型外管2的侧壁相距的距离大致等于相邻的正方形内管3之间相距的距离；在图2(b)中，外管2的横截面形状为十字形，内管3的横截面形状为圆形，多个内管3以均匀分布的方式设置于外管2中，圆形内管3与十字形外管2的侧壁相距的最小距离大致等于相邻的圆形内管3之间相距的最小距离；在图2(c)中，外管2和内管3的横截面形状均为三角形，多个内管3以均匀分布的方式设置于外管2中。多个内管均匀地分布于外管中，从而使得外管内的电极浆料可以均匀地、充分地进行电化学反应。

图3为根据本发明的管式反应器的内管和内管支撑部的示意图，其中，图3(a)和图3(b)分别为方形横截面内管和圆形横截面内管的内管支撑部。内管支撑部8包括水平支撑肋801和竖直支撑肋802，内管支撑部8与内管3紧密接触或者固定连接。在内管3的外侧设有内管支撑部8的情况下，内管3的上下端部可伸出内管支撑部8，伸出的端部用于插接到复合集流板的通孔中。

图4为根据本发明的管式反应器的支撑架和内管的示意图，其中，图4(a)和图4(b)分别为支撑架和内管的横截面示意图和立体示意图。从图4(a)中可以看出，支架9上设有内管插孔901和流通孔902，内管3可以插入到内管插孔901中，从而利用支架9对内管进行保持。内管的尺寸设置成大致等于内管插孔的尺寸使其易于插入内管插孔中并且在内管插孔中不易产生晃动。从图4(b)中可以看出，支架9可以为多层结构，各层支架沿内管的长度方向均匀分布，从而在沿内管长度的多个部位对内管进行支撑。

图5为根据本发明的管式反应器的集流柱和支撑梁的示意图，其中，图5(a)为根据一实施方式的管式反应器的纵截面图；图5(b)为根据另一实施方式的管式反应器的纵截面图和A-A剖面图。在图5(a)中，集流柱10的上端和下端分别导电连接于顶部多孔集流架11a和底部多孔集流架11b，顶部多孔集流架11a固定连接于顶部腔体204的侧壁上并且底部多孔集流架11b固定连接于底部腔体206的侧壁上。多孔集流架与复合集流板的第一集流体导电连接并导电连接于第一极耳7a。集流柱10除了起到集流的作用外，还可以起到对第一电极腔内的第一电极浆料进行导流的作用。在图5(b)中，在集流柱10上还设有支撑梁12，支撑梁12从集流柱10向外延伸并与双极性隔膜的第一多孔集流层301导电连接。

本发明具体实施例并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种用于锂液流电池的管式反应器，其特征在于，所述管式反应器包括：外管，所述外管具有侧壁、顶部和底部，在所述外管内设有顶部腔体、底部腔体和中间反应区；内管，所述内管设置于所述外管内的中间反应区，所述内管是通过将双极性隔膜制成筒状而获得，所述双极性隔膜是由隔离层、位于所述隔离层内侧的第一多孔集流层和位于所述隔离层外侧的第二多孔集流层构成，位于双极性隔膜最内侧的所述第一多孔集流层的长度大于所述隔离层的长度并从所述隔离层的上端和下端露出，位于双极性隔膜最外侧的所述第二多孔集流层的长度小于所述隔离层的长度并从所述隔离层的上端和下端缩进；以及，复合集流板，一所述复合集流板连接于所述外管的侧壁用以分隔所述顶部腔体和所述中间反应区并且另一所述复合集流板连接于所述外管的侧壁用以分隔所述底部腔体和所述中间反应区，所述复合集流板是由第一集流体、中间隔离层和第二集流体构成的夹心结构并且所述复合集流板具有与所述内管形成插接的通孔，所述复合集流板的第一集流体与所述内管的从所述隔离层的端部露出的所述第一多孔集流层电连接并且所述复合集流板的第二集流体与所述内管的第二多孔集流层电连接，其中，所述内管中的空间构成第一电极腔并且在所述内管与所述外管之间的空间构成第二电极腔，在所述第一电极腔注入第一电极浆料、在所述第二电极腔中注入第二电极浆料。

2.根据权利要求1所述的管式反应器，其中，所述管式反应器还包括：第一电极浆料入口，所述第一电极浆料入口设于所述外管的顶部上并且由所述顶部腔体形成第一电极浆料分流腔；第一电极浆料出口，所述第一电极浆料出口设于所述外管的底部上并且由所述底部腔体形成第一电极浆料汇流腔；第二电极浆料入口，所述第二电极浆料入口设于所述外管的位于所述中间反应区的侧壁上；以及，第二电极浆料出口，所述第二电极浆料出口设于所述外管的位于所述中间反应区的侧壁上。

3.根据权利要求1所述的管式反应器，其中，所述内管的截面形状为圆形、三角形或多边形，多个所述内管以均匀分布的方式设置于所述外管中。

4.根据权利要求1所述的管式反应器，其中，所述双极性隔膜的隔离层和所述复合集流板的中间隔离层的材料为电子不导电的多孔聚合物材料；或者，所述双极性隔膜的隔离层和所述复合集流板的中间隔离层的材料为电子不导电的无机非金属材料与有机聚合物复合的多孔材料；或者，所述双极性隔膜的隔离层和所述复合集流板的中间隔离层的材料为电子不导电的聚合物基体、液体有机增塑剂和锂盐三部分复合构成的凝胶聚合物电解质复合材料；或者，所述双极性隔膜的隔离层和所述复合集流板的中间隔离层的材料为在电子不导电的多孔聚合物材料的孔隙内或在无机非金属材料与有机聚合物复合的多孔材料的孔隙内浸渍有离子导电的电解液或聚合物胶体材料。

5.根据权利要求1所述的管式反应器，其中，所述外管由双层材料构成，所述外管的外层材料为绝缘材料并且所述外管的内层材料为位于所述外管内侧中部的导电材料，所述外管的内侧中部是处于所述外管内侧的位于上侧复合集流板的第二集流体与下侧复合集流板的第二集流体之间的部分。

6.根据权利要求5所述的管式反应器，其中，所述管式反应器还包括集流柱和多孔集流架，两个所述多孔集流架分别连接于所述顶部腔体的内壁和所述底部腔体的内壁，所述集流柱设置于所述内管的中心并且所述集流柱的两个端部分别电连接于所述两个多孔集流架。

7.根据权利要求6所述的管式反应器，其中，在所述集流柱上还设有支撑梁，所述支撑梁从所述集流柱向外延伸并连接于所述第一多孔集流层。

8.根据权利要求6所述的管式反应器，其中，所述管式反应器还包括内管支撑部，所述内管支撑部包围所述内管设置并与所述内管紧密邻接，所述内管支撑部为支撑肋或带孔支撑板。

9.根据权利要求8所述的管式反应器，其中，所述管式反应器还包括单层或多层的支架，在所述支架上设有内管插孔和流通孔，所述内管能够插入所述内管插孔中并且所述流通孔用于所述第二电极腔内的第二电极浆料的流通，多层支架中的各层支架沿所述内管的长度方向均匀分布。

10.根据权利要求9所述的管式反应器，其中，所述第一多孔集流层、所述第一集流体、所述集流柱、所述支撑梁和所述多孔集流架电连接于第一极耳，所述第一极耳经由所述外管侧壁上的一端口延伸出所述外管并与所述一端口密封连接，并且所述第二多孔集流层、所述第二集流体、所述外管的内侧中部的导电材料、所述内管支撑部和所述支架电连接于第二极耳，所述第二极耳经由所述外管侧壁上的另一端口延伸出所述外管并与所述另一端口密封连接，

其中，所述第一多孔集流层、所述第一集流体、所述集流柱、所述支撑梁、所述多孔集流架、所述第二多孔集流层、所述第二集流体、所述外管的内侧中部的导电材料、所述内管支撑部和所述支架的材料分别选自于：不锈钢、铝、银、镍、钛、锡、镀锡铜或镀镍铜。

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