CN115441031A - 一种液流电池电堆结构、密封方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液流电池电堆结构、密封方法及应用，电堆结构由多个电池单元组成，相邻两个电池单元之间通过双极板连接，每个电极框、双极板上相同位置设置多个贯穿的流道孔，多个完全相同的电极框堆叠后，流道孔处形成用于进液或出液的主流道，电极框内部设有进液次级流道、出液次级流道，主流道与对应的次级流道连通；端板安装于电极框的两端，进液梳齿槽、出液梳齿槽设于电极区与对应次级流道的连接处，且位于次级流道的边缘处整齐排列。本发明密封效果更好，液体流动更均匀且易冲刷，减少了电解液出现枝晶、沉积、阻塞的问题，从而提升了电池堆的可靠性，适用性更强。

Description

一种液流电池电堆结构、密封方法及应用

技术领域

本发明属于液流电池技术领域，涉及一种液流电池电堆结构、密封方法及应用。

背景技术

液流电池是一种新型的大规模储能技术，具有能量与功率相分离、寿命长、安全性高、绿色环保等优点，在新能源发电并网、调峰调频、智能电网等储能领域有着广阔的应用空间。

商业化的液流电池普遍采用电池堆的应用方式，将多个电池单元堆叠、压合成一个整体，由外部循环泵通过流道结构对所有电池单元进行供液，实现电解液循环。目前电池堆的技术难点主要在于电池堆的密封方法和电解液流动的均匀性。现有技术常使用密封垫片进行对外密封，但由于橡胶材料的不可压缩性，导致橡胶在受到压力时，发生形变，可能产生褶皱导致漏液，在所受压力不均匀时，更容易发生这种现象。同时，现有技术流道结构为保证密封性，常采用单个主流道结构，电解液自下而上，从左到右（另一极从右到左）的流液结构，这种流液方式在电极面积较大时会导致溶液流动不够均匀，充放电时出现反应“盲区”，局部电势差增大，从而使电池使用寿命降低。

随着科研人员对液流电池领域的研究不断深入，在铁铬液流电池、全钒液流电池之后，众多液流电池体系不断涌现，如钒钛液流电池、铁硫液流电池、锌基液流电池、有机水系液流电池等，这些体系结构表现出不同的优点，有望与高成本的全钒液流电池在市场中进行竞争。但目前的电池堆结构技术大多针对全钒液流电池进行研究，对其他体系液流电池适合度相应较低，尤其是不适合包含固体的液流电池电解液。若直接改用运行过程中存在固体的电解液，如锌基液流电池电解液，中性铁硫液流电池电解液，则容易因固体沉积不均匀导致出现枝晶，或在流道处进行沉积，出现固体的堵塞现象，从而损坏电池堆。同时某些体系腐蚀性较强，需要加强密封性。因此，需要一种适用性更强的电池堆结构，推动大规模液流电池储能技术的发展。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种液流电池电堆结构，密封效果更好，稳定性更强，液体流动更均匀且易冲刷，减少了电解液出现枝晶、沉积、阻塞的问题，从而提升了电池堆的可靠性，适用性更强，解决了现有技术中存在的问题。

本发明的另一目的是，提供一种液流电池电堆结构的密封方法。

本发明的第三目的是，提供一种液流电池电堆结构的应用。

本发明所采用的技术方案是，一种液流电池电堆结构，由多个电池单元组成，相邻两个电池单元之间通过双极板连接，每个电池单元内包含两个电极框、两个电极、1个隔膜；每个所述电极框、双极板上相同位置设置多个贯穿的流道孔，多个完全相同的电极框堆叠后，流道孔处形成用于进液或出液的主流道，电极框内部设有进液次级流道、出液次级流道，主流道与对应的次级流道连通；

端板，所述端板安装于电极框的两端，进液和出液主流道通过端板及管道与储液罐连通；

进液梳齿槽，所述进液梳齿槽设于电极区与进液次级流道的连接处，且位于进液次级流道的边缘处整齐排列；

出液梳齿槽，所述出液梳齿槽设于电极区与出液次级流道的连接处，且位于出液次级流道的边缘处整齐排列。

一种液流电池电堆结构的密封方法，包括以下步骤：

将截面为工字形的密封垫片安装于双极板上的流道孔内，组装正极电极框、负极电极框和双极板，正极电极框和负极电极框将密封垫片与双极板紧紧压在一起，密封垫片将主流道与双极板隔开，断绝了支路电流的产生；

在每个进液次级流道、出液次级流道顶部安装流道盖板，流道盖板与电极框表面平齐；

将垫片凸起置入密封槽内，完成电极框的组合；

将组合好的部件依次叠加，组成电堆。

一种液流电池电堆结构在液流电池体系方面的应用。

本发明的有益效果是：

1.本发明实施例中多个主通道使电解液分布更加均匀，在电极各处流速更为一致，有效避免了因反应盲区而导致的局部电势差过大，产生气体，或固体沉积不均匀导致出现枝晶的现象。

2.本发明实施例中流道孔处的密封垫片具有密封和绝缘两种效果，可有效阻止漏液导致的短路以及自放电现象的产生；电极框上设计的特定形状支撑块、水滴形凸起不仅可以支撑流道盖板，辅助密封，同时具有防止堵塞，疏导固体，均匀流场的作用，这一设计可有效减少液流电池内部损坏，延长使用寿命。

3.本发明实施例中电极框边缘处使用含凸起的密封结构，其中凸起可有效避免密封垫片因压力不均产生的缝隙，而垫片基层可有效阻隔电解液的腐蚀，降低凸起处的腐蚀。

4.本发明实施例的液流电池电堆可应用于更多液流电池体系，包括但不限于全钒液流电池、钒钛液流电池、锌铁液流电池、铁硫液流电池等体系，具有很高的兼容性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例电极框示意图和梳齿槽局部放大图。

图2是本发明实施例流道孔处密封垫片三视图。

图3是本发明实施例流道孔处密封垫片局部装配剖面图。

图4是本发明实施例电极框边缘处密封圈截面图。

图5a是本发明实施例垫片基层单层凸起的结构示意图。

图5b是本发明实施例垫片基层5层凸起的结构示意图。

图6是本发明实施例电堆采用全钒液流电池体系电解液的效率图。

图7是本发明实施例电堆采用钒钛液流电池体系电解液的效率图。

图8是本发明实施例电堆采用中性铁硫液流电池体系电解液的效率和容量保持率图。

图9是本发明实施例电堆采用碱性铁硫液流电池体系电解液的效率和容量保持率图。

图10是本发明实施例电堆采用锌铁液流电池体系电解液的效率和容量保持率图。

图11是本发明实施例电堆采用锌碘液流电池体系电解液的效率和容量保持率图。

图12是本发明实施例电堆采用锌溴液流电池体系电解液的效率和容量保持率图。

图13是本发明实施例电堆采用铁铬液流电池体系电解液的效率和容量保持率图。

图14是本发明实施例电堆采用水系有机液流电池体系电解液的效率和容量保持率图。

图中：1.进液孔；2.出液孔；3.进液次级流道；4.出液次级流道；5.电极区；6.密封槽；7.垫片基层；8.垫片凸起；9.进液梳齿槽；10.圆柱支撑块；11.出液梳齿槽；12.主流道；13.双极板；14.密封垫片；15.电极框；16.水滴形凸起；17.水滴形支撑块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种液流电池电堆结构，电堆由多个电池单元组成，相邻两个电池单元之间用双极板13连接，每个电池单元内包含两个电极框15（正极电极框和负极电极框）、两个电极、1个隔膜。电极装在电极框15内，两个电极框15夹着一个隔膜。对于每一个电池单元而言，正负极电极框及两侧的双极板关于隔膜对称。

如图1所示，每个电极框15、双极板13上相同位置设置多个贯穿的流道孔，多个完全相同的电极框15堆叠后，流道孔处形成用于进液或出液的主流道12，电极框15内部设有进液次级流道3、出液次级流道4，主流道12与对应的次级流道连通；进液次级流道3、出液次级流道4的所有拐角均为圆弧过渡，不留直角，用于防止固体小颗粒沉积，起到防止堵塞的作用；

端板安装于电极框15的两端，用于进液或出液的主流道12通过端板及管道与储液罐连通；

进液梳齿槽9设于电极区5与进液次级流道3的连接处，且位于进液次级流道3的边缘处整齐排列；

出液梳齿槽11设于电极区5与出液次级流道4的连接处，且位于出液次级流道4的边缘处整齐排列。

进液次级流道3、出液次级流道4顶部设有流道盖板，流道盖板与对应侧的电极框15密封连接，流道盖板与电极框15表面平齐，流道盖板的厚度为1-3mm，流道盖板上与流道孔（即进液孔1或出液孔2）对应的位置设有通孔，主流道12和次级流道顺利联通，且不会造成内漏短路。

流道盖板下有流液空间，可以满足液体在次级流道和流道孔处的连通，流道盖板下方设有支撑块，支撑块位于进液次级流道3或出液次级流道4内，在次级流道区中间，流道凹槽面积较大，防止流道盖板向下塌陷，需要的支撑块的面积较大，位于进液孔1或出液孔2边缘3cm之外的支撑块为圆柱支撑块10，圆柱支撑块10的直径是3~5mm，布设间距是8mm~10mm，防止流道盖板向下塌陷而导致漏液问题。在进液孔1或出液孔2处需要注意防止大颗粒固体堵塞，因此将支撑块缩小，位于进液孔1或出液孔2边缘3cm之内的支撑块为水滴形支撑块17或圆柱形（直径3~5mm），水滴形支撑块17的最大宽度3~5mm，布设间距是5mm~8mm；支撑块尺寸过小则起不到作用，且加工难度极大，间距若是过大会导致流道盖板缺少支撑，间距中间有轻微塌陷，可能会沉积固体，过小则会导致固体流通困难。原本流道盖板下的空间高度有2mm左右，如果流道盖板受压后向下变形，剩余高度为1.5mm左右。

进液梳齿槽9或出液梳齿槽11均由多个圆柱形凸起或水滴形凸起16均匀排列而成，圆柱形凸起的直径为4~7mm，间距为8~12mm；水滴形凸起16的最大宽度为4~7mm，间距为8~15mm，水滴形的圆弧部远离电极区5。水滴形凸起16宽度超出该范围，会导致溶液冲刷固体时，固体受到的摩擦力变大，冲刷受阻。间距超出该范围会导致间距出的流道盖板下面缺乏支撑，向下变形，减小了流液的空间，流液受阻。

传统电池堆使用的为直流槽，流液槽形状为矩形，宽度为5~8mm，长度为10~20mm，在电极上下两侧均匀排列，这种直流槽结构会使进液次级流道内的溶液沿直线向上走，而梳齿正上方附近的电极流液缓慢，带来大量小面积反应“盲区”（盲区不是指完全没有溶液经过，而是指流经溶液较少，速度慢，不能满足电池反应所需，从而造成过充）。组装时为了消除盲区，将不得不缩小电极面积，导致所用电极框、隔膜、双极板等材料的浪费。

本发明实施例进液梳齿槽9、出液梳齿槽11需要布置在次级流道边缘，靠近电极的区域。根据“康达效应”的原理，本发明实施例将支撑块设计成了圆形或水滴形，让液体沿着曲线流动，不会出现堆积；此外，进液梳齿槽9、出液梳齿槽11需要在次级流道边缘处整齐排列，且进液梳齿槽9、出液梳齿槽11的水滴形结构，使得溶液冲出时覆盖整个截面，然后整体上升，不会在梳齿处出现反应盲区，对电极内溶液均匀一致的流动有很好的帮助。

电极框15组装流道盖板后需要保持整体厚度一致，圆柱支撑块10、出液梳齿槽11的高度加上流道盖板的厚度需要与次级流道凹槽的深度相同。若出现误差，可以通过添加硅胶胶水补齐。流道孔位于进出液次级流道内，进液孔1靠近下方，出液孔2靠近上方，当流道盖板覆盖整个次级流道区域后，可以使流道孔边缘处于同一平面。

如图2~3所示，正极电极框和负极电极框之间的流道孔内设有密封垫片14，流道孔两端的密封垫片14将双极板13夹在中间，正极电极框和负极电极框将密封垫片14与双极板13紧紧压在一起，密封垫片14将主流道12与双极板13隔开，断绝了支路电流的产生。上下的密封垫片14间隔和双极板13厚度一致，可将双极板13夹在中间进行密封。这种方式可有效减小流道孔处漏液的可能，同时将双极板13和电解液分隔开，减小了自放电，提高了电堆的效率。本发明实施例隔绝了支路电流的影响，因此可以取消蛇形流道，圆柱支撑块10方便固体颗粒冲出，兼顾均匀性、易冲刷的技术效果，从而提高了本发明实施例的普适性。

流道孔两端的密封垫片14为统一整体，截面呈“工”字型，在装配密封垫片14时，密封垫片14中间圆孔位于流道孔内，所以密封垫片14的内孔直径小于双极板13的流道孔直径，密封垫片14的厚度为1-2mm，密封垫片14的内孔径为12-25mm，密封垫片14的材质为耐腐蚀的三元乙丙橡胶或氟橡胶，其硬度范围为60-70HA。

如图4、5a所示，电极框15外侧周围设有至少一层环形的密封槽6，相邻的电极框15外侧周围设有环形的垫片基层7，垫片基层7上有至少一层环形的垫片凸起8，垫片凸起8与密封槽6位置对应，密封槽6的宽度比垫片凸起8的宽度大0.5-2mm，在受到压力时，垫片凸起8被压入密封槽6内，垫片基层7将隔膜密封，可有效防止因压力不均，或靠近电极区5的垫片基层7被腐蚀而产生的漏液现象。垫片基层7厚度为0.3-1mm，组装时在压力作用下被压平，与凸起层配合实现电极框15和隔膜之间的密封。垫片基层7增加了密封面积，降低了漏液风险，也可以防止隔膜被密封条压裂。垫片基层7和垫片凸起8是一体的，属于注塑成型，材质为耐腐蚀的三元乙丙橡胶或氟橡胶。

正极电极框、负极电极框的结构为中心对称结构，以石墨毡、碳毡作为液流电池堆电极材料，液流电池堆运转时，电解液在循环泵的驱动力作用下，从储液罐流出，经循环泵流入端板，在端板处分别流入各进液主流道12，经进液孔1进入进液次级流道3，然后均匀流经进液梳齿槽9、电极区5、出液梳齿槽11，进入出液次级流道4，最终从出液孔2进入各出液主流道12，并回到循环泵。

对于每个电极框15而言，需要正极进液孔、正极出液孔、负极进液孔、负极出液孔这四个孔，为了流场流液均匀，本发明实施例流道孔的数量是4的倍数，实施例中为8~20个，形成2~5条主流道12；所有进液流道孔位于同一水平线，所有出液流道孔位于同一水平线。多个流道孔会形成多条主流道12，有助于流场均匀，避免反应盲区。实施例中电堆正负极采用两条进出液主流道，即每个电极框15上设置8个流道孔，流道孔直径范围为15~30mm，布设间距是8~12cm。

由于流道孔数量的增加，对各区域电解液流速起到了均衡作用，避免了电解液流速不同产生的反应“盲区”，有效提升了电堆的稳定性和安全性。同时，进液梳齿槽9、出液梳齿槽11和支撑块可有效避免流道内固体的沉积，可保证包含固体小颗粒的电解液的正常流通。锌传统电池堆次级流道内有些地方（比如拐角处）流液缓慢，对于全钒体系电解液来说问题不大，但对于含有固体小颗粒的电解液而言，小颗粒会在流液缓慢的区域聚集成大颗粒，从而导致电堆逐渐堵塞。而本发明电堆消除了直角结构，根据康达效应的原理使用圆形结构，使水流能够均匀流淌，充分利用水流的冲力，将固体颗粒冲出。

图6所示为采用全钒液流电池电解液运行的电堆，其库伦效率为96.5%，能量效率为83.0%，电压效率为86.1%，运行过程中平稳，无较大波动产生，无漏液现象。

实施例2：

与实施例1不同之处在于：实施例2采用电极面积较大（60×80cm），为进一步保证电解液流速平稳，正负极进出液主流道12数目将增至3~4个，这种方式可有效解决较长的电极流液不均的问题，加强了电堆运行过程中的稳定性。

实施例3：

与实施例1不同之处在于：实施例3所用电极框尺寸较大（82×95cm），使用腐蚀性较强的含碘电解液，漏液风险更高，需加强密封效果，因此凸起层数增加，本发明实施例中密封垫片14为注塑件，其结构类似于将薄平垫圈与密封条结合，一层凸起即一层密封条，多层凸起与多层密封条结构相似，可根据需求设计1-5层垫片凸起8和密封槽6，如图5b所示，五层垫片凸起8呈环形密封电极框15，垫片基层7在压力下与电极框15平面持平，以保证密封效果。

实施例4：

与实施例1不同之处在于：本实施例采用电解液体系为钒钛液流电池体系，正极为钒溶液，负极活性物质为钛离子或含钛离子，电解液为强酸性电解液。钒钛液流电池体系电解液为酸性电解液，且具有将强腐蚀性。正负极电解液活性物质不相同，运行时需加强密封和防腐蚀，温度过高时，钒溶液一侧会出现少量结晶。

图7所示为钒钛电堆效率图，其库伦效率为96.9%，能量效率为79.7%，电压效率为82.3%。电堆运行过程中平稳，无较大波动产生，表明本发明所设计电堆可适用于钒钛液流电池体系，出现结晶颗粒后，水流会将其冲出，避免对流道产生阻碍，能够解决其由于酸性条件导致密封垫片腐蚀漏液及结晶堵塞问题。

实施例5：

与实施例1不同之处在于：本实施例采用电解液体系为中性铁硫液流电池体系，电解液为中性电解液，腐蚀性低，负极活性物质为硫化物或多硫化物，负极多硫化物容易出现固体结晶，正极活性物质为铁离子或含铁离子。

图8所示为中性铁硫电堆效率和容量保持率图，其库伦效率为98.5%，能量效率为76.6%，电压效率为77.8%，运行450个循环后容量保持率为89.2%。电堆运行过程中平稳，无较大波动产生，表明本发明所设计电堆可适用于中性铁硫液流电池体系，解决其长期运行过程中存在的结晶堵塞问题。

实施例6：

与实施例1不同之处在于：本实施例采用电解液体系为碱性铁硫液流电池体系，电解液为碱溶液，正极活性物质为铁离子或含铁离子，负极活性物质为硫化物或多硫化物，多硫化物存在结晶问题。

图9所示为碱性铁硫电堆效率和容量保持率图，其库伦效率为99.1%，能量效率为65.9%，电压效率为66.5%，运行500个循环后容量保持率为90.5%。电堆运行过程中平稳，无较大波动产生，表明本发明所设计电堆可适用于碱性铁硫液流电池体系，可将电池长期运行时出现的固体冲出，防止电池堵塞损坏。

实施例7：

与实施例1不同之处在于：本实施例采用电解液体系为锌铁液流电池体系，正极活性物质为铁离子或含铁离子，负极活性物质为锌离子或含锌离子或含锌化合物。在锌铁液流电池长期运行过程中，负极会产生锌枝晶固体，若无法及时排出，会导致电池堵塞。

图10所示为锌铁电堆效率和容量保持率图，其库伦效率为98.8%，能量效率为84.6%，电压效率为85.6%，运行630个循环后容量保持率为91.6%。电堆运行过程中平稳，无较大波动产生，表明本发明所设计电堆可适用于锌铁液流电池体系；其流道结构可使电解液将锌枝晶固体及时排出，延长电池使用寿命。锌枝晶固体首先是小颗粒在流液缓慢的地方聚集，逐渐形成大颗粒，进而堵塞流道。传统电池堆次级流道内有些地方（比如拐角处）流液缓慢，会导致电堆逐渐堵塞。而本发明实施例电堆消除了这些直角结构，根据康达效应的原理使用圆形结构，使水流能够均匀流淌，将固体颗粒冲出流道。没有锌枝晶颗粒的聚集，电池寿命会自然延长。

实施例8：

与实施例1不同之处在于：本实施例采用电解液体系为锌碘液流电池体系，正极活性物质为碘离子或含碘化合物，负极活性物质为锌离子或含锌离子或含锌化合物。正极在长期运行过程中容易产生碘单质，具有腐蚀性和毒性；负极会产生锌枝晶固体。

图11所示为锌碘液流电池电堆效率和容量保持率图，其库伦效率为98.7%，能量效率为81.5%，电压效率为82.6%，运行900个循环后容量保持率为87.3%。电堆运行过程中稳定，无较大波动产生，表明本发明所设计电堆可适用于锌碘液流电池体系。密封结构可有效隔绝腐蚀性物质，流道结构可使电解液将锌枝晶固体及时排出，使电池长期稳定运行。

实施例9：

与实施例1不同之处在于：本实施例采用电解液体系为锌溴液流电池体系，正极活性物质为溴离子或含溴化合物，负极活性物质为锌离子或含锌离子或含锌化合物。正极电解液溴具有腐蚀性且易挥发，负极在运行过程中易出现锌枝晶固体。

图12所示为锌溴电堆效率和容量保持率图，其库伦效率为99.1%，能量效率为80.9%，电压效率为81.7%，运行600个循环后容量保持率为90.5%。电堆运行过程中平稳，无较大波动产生，表明本发明所设计电堆可适用于锌溴液流电池体系。3-5层垫片凸起8可有效密封电堆，防止溴对密封结构的破坏，支撑块和梳齿不会对固体颗粒的排除产生阻碍，电解液可以将固体及时排出，使锌溴液流电池长期稳定运行。

实施例10：

与实施例1不同之处在于：本实施例采用电解液体系为铁铬液流电池体系，正极活性物质为铁离子或含铁离子，负极活性物质为铬离子或含铬化合物。正负极电解液不同，且需防止支路电流产生。

图13所示为铁铬液流电堆效率和容量保持率图，其库伦效率为97.85%，能量效率为81.9%，电压效率为83.7%，运行550个循环后容量保持率为92.0%。电堆运行过程中平稳，无较大波动产生，表明本发明所设计电堆可适用于液流电池体系。其优异的密封性能可将正负极电解液彻底隔绝，防止内漏和支路电流的产生。

实施例11：

与实施例1不同之处在于：本实施例采用电解液体系为水系有机液流电池体系，其活性物质包括二茂铁、紫罗碱衍生物、五元环吡咯类氮氧自由基衍生物、六元环氮氧自由基类活性物质等。某些有机物含有毒性，需做好密封，防止蒸气逸散，有些有机物易与氧气发生反应，需要电池堆与外界空气隔绝。

图14所示为水系有机液流电堆效率和容量保持率图，其库伦效率为96.7%，能量效率为78.6%，电压效率为81.3%，运行430个循环后容量保持率为92.1%。电堆运行过程中平稳，无较大波动产生，表明本发明所设计电堆可适用于水系有机液流电池体系。

本发明可应用到水系有机液流电池中，其拥有较高的密封性，可将电堆内部与外部隔绝，阻止内部气体逸出和外部氧气进入，使电堆能够长期稳定运行。

本发明实施例电堆可应用于所有液流电池体系，包括但不限于全钒液流电池、钒钛液流电池、锌铁液流电池、铁硫液流电池等体系，具有很高的兼容性；目前全钒液流电池是所有液流电池中最成熟的体系，因此几乎所有的电池堆都是围绕全钒液流电池设计，忽略了其他体系与全钒液流电池的区别，这一现象进一步阻碍了其他体系走向成熟。本发明实施例根据不同体系电解液的特点，开发出一种普适性电堆，解决了当前电池堆对非全钒体系的液流电池电解液不兼容的问题。

实施例12，

一种液流电池电堆结构的密封方法，包括以下步骤：

将截面为工字形的密封垫片14安装于双极板13上的流道孔内，组装正极电极框、负极电极框和双极板13，正极电极框和负极电极框将密封垫片14与双极板13紧紧压在一起，密封垫片14将主流道12与双极板13隔开，断绝了支路电流的产生；

在每个进液次级流道3、出液次级流道4顶部安装流道盖板，流道盖板与电极框15表面平齐；

将垫片凸起8置入密封槽6内，完成电极框的组合；

将组合好的部件依次叠加，组成电堆。

传统电池堆需要在组装时将各部件挨个组装，这样不仅繁琐，而且容易出现问题，后期无法检查。本申请将繁琐的步骤分开，小的细节可提前装配完成，检查完毕后将各部件简单堆叠，然后压合即可，可有效降低组装时出现的失误。

本发明实施例一种液流电池电堆结构在液流电池体系方面的应用，组成储能系统，该系统可以作为系统单元装配到大型储能系统中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种液流电池电堆结构，其特征在于，由多个电池单元组成，相邻两个电池单元之间通过双极板（13）连接，每个电池单元内包含两个电极框（15）、两个电极、1个隔膜；每个所述电极框（15）、双极板（13）上相同位置设置多个贯穿的流道孔，多个完全相同的电极框（15）堆叠后，流道孔处形成用于进液或出液的主流道（12），电极框（15）内部设有进液次级流道（3）、出液次级流道（4），主流道（12）与对应的次级流道连通；

端板，所述端板安装于电极框（15）的两端，进液和出液主流道通过端板及管道与储液罐连通；

进液梳齿槽（9），所述进液梳齿槽（9）设于电极区（5）与进液次级流道（3）的连接处，且位于进液次级流道（3）的边缘处整齐排列；

出液梳齿槽（11），所述出液梳齿槽（11）设于电极区（5）与出液次级流道（4）的连接处，且位于出液次级流道（4）的边缘处整齐排列。

2.根据权利要求1所述一种液流电池电堆结构，其特征在于，所述进液次级流道（3）、出液次级流道（4）顶部设有流道盖板，流道盖板与对应侧的电极框（15）密封连接，流道盖板下方设有支撑块，支撑块位于进液次级流道（3）或出液次级流道（4）内。

3.根据权利要求2所述一种液流电池电堆结构，其特征在于，所述流道盖板的厚度为1~3mm，位于流道孔边缘3cm之外的支撑块为圆柱支撑块（10），直径是3~5mm，布设间距是8mm~10mm；位于流道孔边缘3cm之内的支撑块为水滴形或圆柱形，水滴形的支撑块即水滴形支撑块（17），最大宽度为3~5mm，布设间距是5mm~8mm。

4.根据权利要求1所述一种液流电池电堆结构，其特征在于，所述进液梳齿槽（9）或出液梳齿槽（11）均由多个圆柱形凸起或水滴形凸起（16）均匀排列而成，圆柱形凸起的直径为4~7mm，间距为8~12mm；水滴形凸起（16）的最大宽度为4~7mm，间距为8~15mm，水滴形的圆弧部远离电极区（5）。

5.根据权利要求1所述一种液流电池电堆结构，其特征在于，所述正极电极框和负极电极框之间的流道孔内安装有截面呈“工”字型的密封垫片（14），密封垫片（14）的中间圆孔位于流道孔内，密封垫片（14）的内孔直径小于双极板（13）的流道孔直径，密封垫片（14）伸出流道孔的部分将双极板（13）夹在中间，正极电极框和负极电极框将密封垫片（14）与双极板（13）紧紧压在一起，密封垫片（14）将主流道（12）与双极板（13）隔开，断绝了支路电流的产生。

6.根据权利要求1所述一种液流电池电堆结构，其特征在于，每个所述电极框（15）上设有流道孔的数量是4的倍数，形成多条主流道（12），所有进液流道孔位于同一水平线，所有出液流道孔位于同一水平线。

7.根据权利要求1所述一种液流电池电堆结构，其特征在于，所述电极框（15）外侧周围设有至少一层环形的密封槽（6），相邻的电极框（15）对应位置设有环形的垫片基层（7），垫片基层（7）上有至少一层环形的垫片凸起（8），垫片凸起（8）与密封槽（6）位置对应，密封槽（6）的宽度比垫片凸起（8）的宽度大0.5-2mm；在受到压力时，垫片凸起（8）被压入密封槽（6）内，垫片基层（7）将隔膜密封。

8.根据权利要求1所述一种液流电池电堆结构，其特征在于，适用于全钒液流电池、钒钛液流电池、锌铁液流电池、铁硫液流电池等体系、锌碘液流电池体系、锌溴液流电池体系、铁铬液流电池体系或水系有机液流电池体系。

9.一种液流电池电堆结构的密封方法，其特征在于，包括以下步骤：

将截面为工字形的密封垫片（14）安装于双极板（13）上的流道孔内，组装正极电极框、负极电极框和双极板（13），正极电极框和负极电极框将密封垫片（14）与双极板（13）紧紧压在一起，密封垫片（14）将主流道（12）与双极板（13）隔开，断绝了支路电流的产生；

在每个进液次级流道（3）、出液次级流道（4）顶部安装流道盖板，流道盖板与电极框（15）表面平齐；

将垫片凸起（8）置入密封槽（6）内，完成电极框的组合；

将组合好的部件依次叠加，组成电堆。

10.如权利要求1~8任意一项所述一种液流电池电堆结构在液流电池体系方面的应用。

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