CN109643814A - 电化学电池的流动框架 - Google Patents

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CN109643814A CN201780053237.8A CN201780053237A CN109643814A CN 109643814 A CN109643814 A CN 109643814A CN 201780053237 A CN201780053237 A CN 201780053237A CN 109643814 A CN109643814 A CN 109643814A
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Abstract

一种电化学电池的流动框架，包括：框架主体，包含多个细长构件，所述细长构件布置成限定流动框架的边界并允许电解质溶液在流动框架的边界内流动；以及一个或多个支撑梁，设置在框架主体内并连接到多个细长构件中的至少两个。

Description

电化学电池的流动框架
发明领域
本发明广泛地但非排他地涉及用于电化学电池的流动框架。
背景技术
间歇性可再生能源系统的迅速增加以及昼夜循环中的电力需求的不平衡要求高效和低成本地集成网格级储能技术。
网格级能量存储装置的一个示例是液流电池，其中能量外部存储在带电的电解质中。作为能量存储装置，理想地流动电池应该消耗尽可能少的能量。氧化还原对的相对快速的动力学允许获得高的库仑效率和电压效率，但是这些效率的值还取决于液流电池的内部欧姆电阻(IOR)。电极和双极板是液流电池的关键部件。液流电池的性能很大程度上取决于电极的体积电阻，双极板和它们之间的接触电阻(这是IOR的主要贡献者)。
传统的电极-双极板装置包括在不可渗透的石墨板上的压制接触的碳毡(即，碳毡电极通过组装压缩力与不可渗透的石墨双极板接触)。在这种布置中，如果组装压缩力太高，则碳毡电极被过度压缩，这导致高的电解质流动阻力。相反，如果组装压缩力太弱，则碳毡电极和双极板之间的接触电阻很大。
在通常使用的流通式电池架构中，电解质从一个侧面直接供应到电极中，但面内浓度分布不均匀，导致在远离入口的区域中的质量传输极化。
另一种类型的电化学装置，即燃料电池能够将化学反应的能量转换成电能而不燃烧并且几乎没有污染。燃料电池的效率通常优于燃烧型装置。无论天气条件如何(不像某些形式的可再生能源)，燃料电池都可以产生不间断电力，并且需要较少的维护。只要有燃料供应，燃料电池就可以不断供电。因此，燃料电池适用于广泛的应用，包括备用电源，离网CCTV监视和安全应用等。
质子交换膜燃料电池(PEMFCs)是在接近环境条件下将化学能直接转换成电能的电化学装置。PEMFC目前似乎是可充电电池的有前途的替代品。一种类型的PEMFC，直接甲醇燃料电池(DMFC)，使用甲醇或甲醇溶液作为燃料，并在接近室温下运行。DMFCs不具有通常存在于其他类型的燃料电池中的燃料存储问题。此外，由于液态，甲醇更易于使用现有基础设施运输和供应给公众。此外，甲醇具有高体积能量密度，这允许极其紧凑的电力系统。因此，DMFCs是需要长运行时间的便携式应用和小型设备的有前途的电池替代品。然而，DMFCs进一步提高性能的主要技术障碍是阳极处的甲醇氧化缓慢。
因此，需要提供一种用于电化学电池的流动框架，其寻求解决上述问题中的至少一些问题。
发明内容
根据第一方面，提供了一种用于电化学电池的流动框架，包括：框架主体，其包括多个细长构件，所述细长构件布置成限定流动框架的边界并允许电解质溶液在流动框架的边界内流动；以及一个或多个支撑梁，设置在框架主体内并连接到多个细长构件中的至少两个。
所述一个或多个支撑梁中的每一个可以基于电解质溶液的流动方向取向设置在框架主体内。特别地，一个或多个支撑梁中的每一个可以基本上按垂直于电解质溶液的流动方向取向。
多个细长构件可布置成在流动框架的边界内容纳电极，使得电极的至少一部分与一个或多个支撑梁接触。
电极可以包括可压缩的多孔碳毡以允许电解质溶液流过电极，并且一个或多个支撑梁可以配置成减少与一根或多根支撑梁接触的电极部分附近的可压缩多孔碳毡的孔隙率。
根据第二方面，提供了一种用于电化学电池的电极-双极板模块，包括：如本文所述的流动框架；电极，设置在流动框架的边界内，使得电极的至少一部分与一个或多个支撑梁接触；以及与电极接触的双极板。
根据第三方面，提供了一种用于液流电池的电池模块，包括：离子传导膜，包括第一主表面和与第一主表面相对的第二主表面；如本文所述的第一电极-双极板模块，其中第一电极-双极板模块的流动框架与第一主表面接触；和如本文所述的第二电极-双极板模块，其中第二电极-双极板模块的流动框架与第二主表面接触。
根据第四方面，提供了一种液流电池堆，包括：如本文所述的多个电池模块，其中所述多个电池模块堆叠在一起，使得每个电池模块与相邻的电池模块接触；第一单极板，其与电池模块堆的第一端接触，第二单极板，与电池模块堆的第二端接触；第一集电器，与第一单极板接触；第二集电器，与第二单极板接触；以及与第一集电器接触的第一端板和与第二集电器接触的第二端板。
根据第五方面，提供一种用于燃料电池的电池模块，包括：离子传导膜，包括第一主表面和与第一主表面相对的第二主表面；如本文所述的电极-双极板模块，其中电极-双极板模块的流动框架与第一主表面接触；与第二主表面接触的空气电极；与空气电极接触的空气扩散层；和一个与空气扩散层接触的附加双极板。
根据第六方面，提供了一种燃料电池堆，包括：如本文所述的多个电池模块，其中所述多个电池模块堆叠在一起，使得每个电池模块与相邻电池模块接触；第一单极板，其与电池模块堆的第一端接触，第二单极板，其与电池模块堆的第二端接触；第一集电器，与第一单极板接触；第二集电器，与第二单极板接触；以及与第一集电器接触的第一端板和与第二集电器接触的第二端板。
根据第七方面，提供了一种制造用于电化学电池的流动框架的方法，包括：提供包括多个细长构件的框架主体，使得所述多个细长构件限定所述流动框架的边界，并允许电解质溶液在流动框架的边界内流动；通过将一个或多个支撑梁连接到多个细长构件中的至少两个，将一个或多个支撑梁设置在框架主体内。
该方法可以进一步包括布置多个细长构件以在流动框架的边界内容纳电极，使得电极的至少一部分与一个或多个支撑梁接触。
电极可以包括可压缩多孔碳毡以允许电解质溶液流过电极，并且一个或多个支撑梁可以配置成减少与一根或多根支撑梁接触的电极部分附近的可压缩多孔碳毡的孔隙率。
根据第八方面，提供了一种制造用于电化学电池的电极-双极板模块的方法，包括：提供根据本文所述的方法制造的流动框架；将电极设置在流动框架的边界内，使得电极的至少一部分与一个或多个支撑梁接触；并设置双极板与电极接触。
根据第九方面，提供一种制造用于液流电池的电池模块的方法，包括：提供包括第一主表面和与第一主表面相对的第二主表面的离子导电膜；提供根据本文所述方法制造的第一电极-双极板模块；将第一电极-双极板模块的流动框架设置成与第一主表面接触；提供根据本文所述方法制造的第二电极-双极板模块；并且将第二电极-双极板模块的流动框架设置成与第二主表面接触。
根据第十方面，提供了一种制造液流电池堆的方法，包括：提供根据本文所述的方法制造的多个电池模块；将多个电池模块堆叠在一起，使得每个电池模块与相邻的电池模块接触；提供第一单极板和第二单极板，第一单极板与电池模块堆的第一端接触，第二单极板与电池模块堆的第二端接触；提供与第一单极板接触的第一集电器和与第二单极板接触的第二集电器；提供与第一集电器接触的第一端板和与第二集电器接触的第二端板。
根据第十一方面，提供一种制造用于燃料电池的电池模块的方法，包括：提供包括第一主表面和与第一主表面相对的第二主表面的离子传导膜；提供根据本文所述方法制造的电极-双极板模块；将电极-双极板模块的流动框架设置成与第一主表面接触；提供与第二主表面接触的空气电极；提供与空气电极接触的空气扩散层；并提供与空气扩散层接触的附加双极板。
根据第十二方面，提供了一种制造燃料电池堆的方法，包括：提供根据本文所述的方法制造的多个电池模块；将多个电池模块堆叠在一起，使得每个电池模块与相邻的电池模块接触；提供第一单极板和第二单极板，第一单极板与电池模块堆的第一端接触，第二单极板与电池模块堆的第二端接触；提供与第一单极板接触的第一集电器和与第二单极板接触的第二集电器；提供与第一集电器接触的第一端板和与第二集电器接触的第二端板。
附图说明
实施方式和实施方式仅作为示例提供，并且通过结合附图阅读以下书面描述，将更好地理解并且对于本领域普通技术人员而言是显而易见的，其中：
图1A是根据一个示例性实施例的具有两个支撑梁的流动框架的示意图。
图1B是根据一个示例性实施例的具有三个支撑梁的流动框架的示意图。
图1C是根据一个示例性实施例的具有支撑梁的流动框架的剖视图。
图2是没有支撑梁的流动框架中的电解质溶液的流动路线的平面图。
图3是根据一个示例性实施例的具有两个支撑梁的流动框架中的电解质溶液的流动路线的平面图。
图4是根据一个示例性实施例的具有三个支撑梁的流动框架中的电解质溶液的流动路线的平面图。
图5是根据一个示例性实施例的具有两个支撑梁的流动框架中的电解质溶液的流动路线的侧视图。
图6是示意支撑梁对电极和双极板之间的接触电阻影响的图。
图7是显示支撑梁对流量影响的图。
图8是根据一个示例性实施例的具有外部流动歧管的液流电池中的电极-双极板模块的分解图。
图9是根据一个示例性实施例的具有外部流动歧管的单个流动电池模块的分解图。
图10是根据一个示例性实施例的具有外部流动歧管的液流电池堆的分解图。
图11是根据一个示例性实施例的具有外部流动歧管的液流电池堆的示意性侧视图。
图12是根据一个示例性实施例的具有内部流动歧管的单个流动电池模块的分解图。
图13是根据一个示例性实施例的单个燃料电池模块的分解图。
图14是根据一个示例性实施例的燃料电池堆的分解图。
具体实施方式
参考附图，将仅通过示例的方式描述实施例。附图中相同的附图标记和字符表示相同的元件或等同物。
本发明的实施方案一般涉及液流电池和燃料电池技术，特别是用于电化学电池的流动框架。实施例适用于大规模能量存储中使用的液流电池和燃料电池系统，以及备用电源或独立电源系统。
一个特定实施例涉及一种电极-双极板组件，其寻求降低体电阻而不显著增加流动阻力，实现均匀的流场并提高整体系统效率。
用于进一步提高性能的DMFCs的主要技术障碍是在阳极处缓慢的甲醇氧化。目前使用二维电极构造DMFCs。利用本发明的实施方案，可以使用三维电极代替显著增加有效活性区域并改善DMFCs中的纯动力学。特别地，本发明的实施例寻求提供一种新颖的阳极结构，其使用具有支撑梁和碳毡电极材料的流动框架，以增加有效活性区域，减小体电阻并在每个电池中实现基本均匀的流场。这可以有利地减少阳极过电位并且提高整体性能以获得高耐久性，安全性和低成本。
根据一个实施方案，提供了一种用于电化学电池(例如液流电池或燃料电池)的流动框架。流动框架包括框架主体，并且流动框架优选地是对称结构。框架主体包括多个细长构件，所述细长构件布置成限定流动框架的边界并允许电解质溶液在流动框架的边界内流动。流动框架还包括一个或多个支撑梁，所述支撑梁设置在框架主体内(即，流动框架的边界)并且连接到多个细长构件中的至少两个。
当支撑梁连接到多个细长构件中的至少两个时，支撑梁可以为框架主体提供结构支撑(例如，通过在电池堆组装期间防止框架主体的变形)。
一个或多个支撑梁中的每一个以基于电解质溶液的流动方向取向设置在框架主体内。特别地，一个或多个支撑梁中的每一个基本上按垂直于电解质溶液的流动/循环方向取向。在一种实施方式中，一个或多个支撑梁中的每一个相对于电解质溶液的流动/循环方向以约90度至70度的角度设置在框架主体内。
多个细长构件布置成在流动框架的边界内容纳电极，使得电极的至少一部分与一个或多个支撑梁接触。电极可以基本上是平面的，并且可以完全设置在框架主体内。不可渗透的石墨双极板设置在电极上，并且可以在双极板上施加压缩力。
电极包括可压缩的多孔碳毡，以允许电解质溶液流过电极。当电极设置在框架主体内时，一个或多个支撑梁构造成减小与一个或多个支撑梁接触的电极的邻近部分的可压缩多孔碳毡的孔隙率。换句话说，由于支撑梁的存在，可压缩多孔碳毡电极在与支撑梁接触的部分被更大程度地压缩。这导致与一个或多个支撑梁接触的电极区域和不与一个或多个支撑梁接触的电极区域之间的孔隙率差异。
当电解质溶液流过多孔碳毡时，和不与一个或多个支撑梁接触的电极区域处的流动阻力相比，与一个或多个支撑梁接触的电极区域处的流动阻力相对较高。由一个或多个支撑梁引起的流动阻力的变化，使电解质溶液在流过一个或多个支撑梁之前，先向一侧流动，使电解质溶液的流动分布更加均匀。
一个或多个支撑梁中的每一个的宽度是电极长度的约1/30至1/6。优选地，每个支撑梁的宽度约为电极长度的1/20至1/10。每个支撑梁的厚度约为电极厚度的1/10至3/5。作为非限制性示例，一个或多个支撑梁中的每一个的厚度为约0.5至5mm，并且优选为约1至3mm。每个支撑梁可以由导电或非导电材料制成。
具有支撑梁的流动框架可以有利地减小体电阻而不会显著增加流动阻力，同时提供更均匀的电解质流动分布，从而提高整体系统效率。而且，具有支撑梁的流动框架可以减小电池单元中的电极和双极板之间的接触电阻。
图1A和1B是根据示例性实施例的具有多个支撑梁的流动框架的示意图。在图1A中，流动框架102a具有两个支撑梁104a/104b。在图1B中，流动框架102b具有三个支撑梁104c/104d/104e。在任一情况下，流动框架102a/102b优选地是对称结构，包括具有多个支撑梁104a/104b/104c/104d/104e的正方形或矩形框架主体106/106'。图1C是根据一个示例性实施例的具有框架主体106'和三个支撑梁104c/104d/104e的流动框架102b的剖视图。尽管图1A和1B分别示出了两个和三个支撑梁，但是实施例可以包括一个支撑梁或多于三个的支撑梁，这取决于特定的应用和操作要求。
支撑梁104a/104b/104c/104d/104e设置在流动框架102a/102b内，并且可以基于电解质溶液的流动路径定向。如图1A和1B所示，支撑梁104a/104b/104c/104d/104e可相对于框架主体106a/106c的基部水平定向，使得支撑梁104a/104b/104c/104d/104e基本上与框架主体106a/106c的基体平行。每个支撑梁104a/104b/104c/104d/104e的宽度可以从1mm到10mm。每个支撑梁104a/104b/104c/104d/104e的厚度可以为0.5mm至5mm。电解质溶液沿着从框架主体106a/106c的基体到框架体106b/106d顶部的方向流动。
如本领域中公知的，图2是在没有支撑梁的流动框架202中的电解质溶液208的流动路线的平面图。图3是根据一个示例性实施例的具有两个支撑梁304a/304b的流动框架302中的电解质溶液308的流动路线的平面图。图4是根据一个示例性实施例的具有三个支撑梁404a/404b/404c的流动框架402中的电解质溶液408的流动路线的平面图。
在图2,3和4中，箭头示出了电解质溶液208/308/408的流入和流出方向。虚线示出了在流动框架202/302/402内的电解质溶液208/308/408的水平(流体边界)。比较图2与图3和4，支撑梁304a/304b/404a/404b/404c提供了更均匀的电解质流路。
图5是根据示例性实施例的具有两个支撑梁504a/504b的流动框架502中的电解质溶液的流动路线的侧视图。支撑梁504a/504b构造成减小与支撑梁504a/504b(即区域590a/590b)接触的电极邻近部分的可压缩多孔碳毡的孔隙率。换句话说，由于支撑梁504a/504b的存在，可压缩多孔碳毡电极在与支撑梁504a/504b(即区域590a/590b)接触的部分处被更大程度地压缩。这导致与支撑梁(即区域590a/590b)接触的电极区域和不与支撑梁接触的电极区域之间的孔隙率差异。
当电解质溶液流过多孔碳毡时，和不与支撑梁接触的电极区域处的流动阻力相比，在与支撑梁(即区域590a/590b)接触的电极区域处的流动阻力相对较高。由于支撑梁504a/504b引起的流动阻力的变化导致电解质溶液在流过支撑梁504a/504b之前在支撑梁504a/504b的侧面流动并且导致电解质溶液的更均匀的流动分布。
为了减小电池单元中的电极和双极板之间的接触电阻，在电池堆组装期间需要在电极材料上施加高压。然而，高压缩率导致难以实现液密密封。因此，根据本发明实施例的具有支撑梁的流动框架可以有利地允许较低的压缩率并同时减小体积阻力。
图6是显示支撑梁对电极和双极板之间的接触电阻的影响的图。参考图6，与没有支撑梁的流动框架相比，使用具有两个支撑梁的流动框架的接触阻力显著减小，尤其是在低压缩率下，例如在10％压缩率时下降27％。这说明根据本发明的实施例，利用具有支撑梁的流动框架可以实现在低压缩率下相对较低的接触阻力。
为了确定支撑梁对流速(流量)的影响，在特定泵电压下测量具有/不具有支撑梁的流动框架内的电解质溶液的流速。结果显示在图7中，其中线702显示没有支撑梁的20％压缩比，线704显示具有两个支撑梁的10％压缩比。这说明在相同的泵电压下，具有支撑梁的流动框架内的流量高于没有支撑梁的流动框架内的流量。
图8是根据示例性实施例的具有外部流动歧管的液流电池中的电极-双极板模块800的分解图。电极-双极板模块800包括：流动框架802，其具有两个支撑梁804a/804b，所述支撑梁804a/804b设置在流动框架802的边界内；碳毡电极810；以及双极板812；电极810的第一侧连接到流动框架802，而电极810的第二侧(与第一侧相对)连接到双极板812。电极810被约束在具有支撑梁804a/804b的流动框架802的边界内，以形成活性反应隔室。电解质溶液流过该活性反应隔室。作为非限制性示例，电解质溶液可以从入口端口A1进入流动框架802并且从出口端口A2离开流动框架802。
可以通过堆叠多个双极板模块(例如电极-双极板模块800)和离子交换膜来形成电化学流动池模块。图9是根据示例性实施例的具有外部流动歧管的单个流动池模块900的分解图。在单流通池模块900中，离子传导膜920夹在两个相邻的电极-双极板模块800/800'之间。含有第一电解液的第一活性反应隔室连接到离子导电膜920的第一主表面，而含有第二电解液的第二活性反应隔室连接到离子导电膜920的第二主表面(与第一主表面相对)，形成单个电化学流动池900。在导电膜920的两侧进行电化学反应，伴随通过导电膜920的离子交换。连续反应可以通过连续的电解液进出第一和第二活性反应隔室来维持。
图10是根据示例性实施例的具有外部流动歧管的液流电池堆1000的分解图。液流电池堆1000的中心部分1050包括多个电极-双极板模块(例如电极-双极板模块800)。每个电极-双极板模块800具有两个功能--一侧用作一个单电池的阳极，而相对侧用作相邻单电池的阴极。然而，在电池堆部分1050的两端，功能要求是不同的，因为在最外侧不需要电极功能。因此使用一对单极板。基本上，单极板的结构类似于双极板的结构，除了省略了活性反应隔室的一侧。一对集电器1040a/1040b位于有源区的两侧，一对端板1042a/1042b位于最外侧。集电器1040a/1040b由导电材料制成，例如铜，金或其合金。端板1042a/1042b可以由金属，塑料或复合材料制成，以便提供将电池堆保持在一起所需的强度。可以使用电阻涂层或其他合适的装置来确保集电器1040a/1040b和端板1042a/1042b之间良好的电绝缘。
图11是根据示例性实施例的具有外部流歧管的液流电池堆1100的示意性侧视图。参照图10和图11，液流电池堆1000/1100包括：堆叠在一起的多个双极板模块；位于多个双极板模块堆的两端的一对单极板模块；夹在堆和单极板之间的一对集电器；和最外侧的一对端板。
本发明的实施例还可以与内部流动歧管一起工作。图12是根据示例性实施例的具有内部流动歧管的单个流动池模块1200的分解图。具有内部流动歧管的单个流动池模块1200的结构与如图9所示的具有外部流动歧管的单个流动池模块900基本相同。离子导电膜1220夹在两个相邻的电极-双极板模块1201a/1201b之间。含有第一电解质的第一活性反应隔室附着到离子导电膜1220的第一主表面，而含有第二电解质的第二活性反应隔室附着到离子导电膜1220的第二主表面(与第一主表面相对)。作为非限制性示例，流动框架1202a可包括用于正电解质流动的入口歧管B1，用于正电解质流动的出口歧管B2，用于负电解质流动的入口歧管C1，以及用于负电解质流动的出口歧管C2。流动框架1202b可包括用于正电解质流动的歧管B3，用于正电解质流动的歧管B4，用于负电解质流动的歧管C3，以及用于负电解质流动的歧管C4。这样，在单个流动池模块1200中存在四个歧管系统，即(B1+B3)，(C1+C3)，(B2+B4)和(C2+C4)。例如，正电解质可以通过歧管B3并经由入口歧管B1流入流动框架1202a。正电解质经由出口歧管B2离开流动框架1202a并进入歧管B4。负电解质以类似的方式流动，即通过歧管C1进入C3，通过流动框架1202b并通过C4然后从C2离开。
本发明的实施方案还可用于燃料电池堆中的阳极电极。图13是根据示例性实施例的单个燃料电池模块1300的分解图。单个燃料电池模块1300包括夹在阳极电极1301a和阴极电极1301b之间的离子传导膜1320。阳极电极1301a包括碳毡电极1310，具有支撑梁1304a/1304b的流动框架1302，以及双极板1312。作为非限制性示例，连接器D1和D2可以添加到入口端口A1和出口端口A2分别用于在需要时方便使用管道。碳毡电极1310的一侧连接到支撑梁1304a/1304b，另一侧连接到双极板1312。碳毡电极1310用支撑梁1304a/1304b约束在流动框架1302内，形成活动反应隔室。电解质溶液流过该活性反应隔室。阴极电极1301b包括空气电极1360，空气扩散层1362和双极板1364。空气电极1360的第一主表面连接到离子传导膜1320，以及空气电极1360的第二主表面(与第一主表面相对)连接到空气扩散层1362的第一主表面。空气扩散层1362的第二主表面(与第一主表面相对)连接到双极板1364。
图14是根据示例性实施例的燃料电池堆1400的分解图。可以通过堆叠多个单个燃料电池模块(例如1300)来形成燃料电池堆1400。燃料电池堆1400的中心部分1450包括多个单电池模块和一对单极板，一起形成用于电化学反应的有源区。尽管图14中示出了十个单电池模块，但是电池堆可以包括更多或更少的单电池模块。一对集电器1440a/1440b位于有源区的两侧，一对端板1442a/1442b位于最外侧。集电器1440a/1440b由导电材料制成，例如铜，金或其合金。端板1442a/1442b可以由金属，塑料或复合材料制成，以便提供将电池堆保持在一起所需的强度。
根据一个实施例，提供了一种制造用于电化学电池的流动框架的方法，包括：提供包括多个细长构件的框架主体，使得所述多个细长构件限定所述流动框架的边界，使电解质溶液在流动框架的边界内流动；通过将一个或多个支撑梁连接到多个细长构件中的至少两个，使得一个或多个支撑梁设置在框架主体内。
一个或多个支撑梁中的每一个可以基于电解质溶液的流动方向取向设置在框架主体内。特别地，一个或多个支撑梁中的每一个基本上按垂直于电解质溶液的流动方向取向。
该方法可以进一步包括布置多个细长构件以在流动框架的边界内容纳电极，使得电极的至少一部分与一个或多个支撑梁接触。
电极可包括可压缩的多孔碳毡以允许电解质溶液流过电极，并且一个或多个支撑梁可被配置成减小与一个或多个支撑梁接触的电极部分相邻的可压缩多孔碳毡的孔隙率。
根据一个实施例，提供了一种制造用于电化学电池(例如液流电池或燃料电池)的电极-双极板模块的方法，包括：提供根据如上所述方法制造的流动框架；将电极设置在流动框架的边界内，使得电极的至少一部分与一个或多个支撑梁接触；并设置双极板与电极接触。
根据一个实施例，提供了一种制造用于液流电池的电池模块的方法，包括：提供离子传导膜，所述离子传导膜包括第一主表面和与所述第一主表面相对的第二主表面；提供根据上述方法制造的第一电极-双极板模块；将第一电极-双极板模块的流动框架设置成与第一主表面接触；提供根据上述方法制造的第二电极-双极板模块；并且将第二电极-双极板模块的流动框架设置成与第二主表面接触。
根据一个实施例，提供了一种制造液流电池堆的方法，包括：提供已经根据上述方法制造的多个电池模块；将多个电池模块堆叠在一起，使得每个电池模块与相邻的电池模块接触；提供第一单极板和第二单极板，第一单极板与电池模块堆的第一端接触，第二单极板与电池模块堆的第二端接触；提供与第一单极板接触的第一集电器和与第二单极板接触的第二集电器；提供与第一集电器接触的第一端板和与第二集电器接触的第二端板。
根据一个实施例，提供了一种制造用于燃料电池的电池模块的方法，包括：提供离子传导膜，所述离子传导膜包括第一主表面和与所述第一主表面相对的第二主表面；提供根据上述方法制造的电极-双极板模块；将电极-双极板模块的流动框架设置成与第一主表面接触；提供与第二主表面接触的空气电极；提供与空气电极接触的空气扩散层；并提供与空气扩散层接触的附加双极板。
根据一个实施例，提供了一种制造燃料电池堆的方法，包括：提供根据上述方法制造的多个电池模块；将多个电池模块堆叠在一起，使得每个电池模块与相邻的电池模块接触；提供第一单极板和第二单极板，第一单极板与电池模块堆的第一端接触，第二单极板与电池模块堆的第二端接触；提供与第一单极板接触的第一集电器和与第二单极板接触的第二集电器；提供与第一集电器接触的第一端板和与第二集电器接触的第二端板。
本领域技术人员将理解到，在不脱离广泛描述的本发明的精神或范围的情况下，可以对具体实施方式中所示的本发明进行多种变化和/或修改。因此，本发明的实施例在所有方面都应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (20)

1.一种电化学电池的流动框架，包括：
框架主体，包括多个细长构件，所述细长构件布置成限定流动框架的边界并允许电解质溶液在流动框架的边界内流动；以及
一个或多个支撑梁，设置在框架主体内并连接到多个细长构件中的至少两个。
2.根据权利要求1所述的流动框架，其中，所述一个或多个支撑梁中的每一个基于所述电解质溶液的流动方向取向设置在所述框架主体内。
3.根据权利要求2所述的流动框架，其中，所述一个或多个支撑梁中的每一个基本上按垂直于所述电解质溶液的流动方向取向。
4.根据前述权利要求中任一项所述的流动框架，其中，所述多个细长构件布置在所述流动框架的边界内以容纳电极，使得所述电极的至少一部分与所述一个或多个支撑梁接触。
5.根据权利要求4所述的流动框架，其中，所述电极包括可压缩多孔碳毡以允许所述电解质溶液流过所述电极，并且其中所述一个或多个支撑梁被配置为减小与一个或多个支撑梁接触的电极部分相邻的可压缩多孔碳毡的孔隙率。
6.一种用于电化学电池的电极-双极板模块，包括：
如权利要求1至5中任一项所述的流动框架；
设置在流动框架的边界内的电极，使得电极的至少一部分与一个或多个支撑梁接触；以及
与电极接触的双极板。
7.一种用于液流电池的电池模块，包括：
离子导电膜，包括第一主表面和与第一主表面相对的第二主表面；
如权利要求6所述的第一电极-双极板模块，其中所述第一电极-双极板模块的流动框架与所述第一主表面接触；以及
如权利要求6所述的第二电极-双极板模块，其中第二电极-双极板模块的流动框架与第二主表面接触。
8.一种液流电池堆，包括：
如权利要求7所述的多个电池模块，其中，所述多个电池模块堆叠在一起，使得每个电池模块与相邻的电池模块接触；
与电池模块堆的第一端接触的第一单极板，以及与电池模块堆叠的第二端接触的第二单极板；
与第一单极板接触的第一集电器，以及与第二单极板接触的第二集电器；和
与第一集电器接触的第一端板，以及与第二集电器接触的第二端板。
9.一种用于燃料电池的电池模块，包括：
离子导电膜，包括第一主表面和与第一主表面相对的第二主表面；
如权利要求6所述的电极-双极板模块，其中，所述电极-双极板模块的流动框架与所述第一主表面接触；
与第二主表面接触的空气电极；
与空气电极接触的空气扩散层；以及
与空气扩散层接触附加的双极板。
10.一种燃料电池堆，包括：
如权利要求9所述的多个电池模块，其中，所述多个电池模块堆叠在一起，使得每个电池模块与相邻的电池模块接触；
与电池模块堆的第一端接触的第一单极板，和与电池模块堆的第二端接触的第二单极板；
与第一单极板接触的第一集电器，和与第二单极板接触的第二集电器；以及与第一集电器接触的第一端板，和与第二集电器接触的第二端板。
11.一种制造电化学电池的流动框架的方法，包括：
提供一种包括多个细长构件的框架主体，使得所述多个细长构件限定所述流动框架的边界并允许电解质溶液在所述流动框架的边界内流动；以及
通过将一个或多个支撑梁连接到多个细长构件中的至少两个，将一个或多个支撑梁设置在框架体内。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述一个或多个支撑梁中的每一个基于所述电解质溶液的流动方向取向设置在所述框架主体内。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述一个或多个支撑梁中的每一个基本上按垂直于所述电解质溶液的流动方向取向。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，还包括布置所述多个细长构件以在所述流动框架的边界内容纳电极，使得所述电极的至少一部分与所述一个或多个支撑梁接触。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述电极包括可压缩的多孔碳毡以允许所述电解质溶液流过所述电极，并且其中所述一个或多个支撑梁被配置为减小与一个或多个支撑梁接触的电极部分相邻的可压缩多孔碳毡的孔隙率。
16.一种制造用于电化学电池的电极-双极板模块的方法，包括：
提供一种根据权利要求11至15中任一项制造的流动框架；
将电极设置在流动框架的边界内，使得电极的至少一部分与一个或多个支撑梁接触；以及
设置双极板与电极接触。
17.一种制造用于液流电池的电池模块的方法，包括：
提供一种离子传导膜，包括第一主表面和与第一主表面相对的第二主表面；
提供一种根据权利要求16制造的第一电极-双极板模块；
将第一电极-双极板模块的流动框架设置成与第一主表面接触；
提供一种根据权利要求16制造的第二电极-双极板模块；以及
将第二电极-双极板模块的流动框架设置成与第二主表面接触。
18.一种制造液流电池堆的方法，包括：
提供多个根据权利要求17制造的电池模块；
将多个电池模块堆叠在一起，使得每个电池模块与相邻的电池模块接触；
提供第一单极板和第二单极板，第一单极板与电池模块堆的第一端接触，第二单极板与电池模块堆的第二端接触；
提供与第一单极板接触的第一集电器和与第二单极板接触的第二集电器；以及
提供与第一集电器接触的第一端板和与第二集电器接触的第二端板。
19.一种制造用于燃料电池的电池模块的方法，包括：
提供一种离子传导膜，包括第一主表面和与第一主表面相对的第二主表面；
提供一种根据权利要求16制造的电极-双极板模块；
将电极-双极板模块的流动框架设置成与第一主表面接触；
提供与第二主表面接触的空气电极；
提供与空气电极接触的空气扩散层；以及
提供与空气扩散层接触的附加双极板。
20.一种制造燃料电池堆的方法，包括：
提供多个根据权利要求19制造的电池模块；
将多个电池模块堆叠在一起，使得每个电池模块与相邻的电池模块接触；
提供第一单极板和第二单极板，第一单极板与电池模块堆的第一端接触，第二单极板与电池模块堆的第二端接触；
提供与第一单极板接触的第一集电器和与第二单极板接触的第二集电器；以及
提供与第一集电器接触的第一端板和与第二集电器接触的第二端板。
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