CN201266642Y - 一种液流电池的电堆结构 - Google Patents
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Abstract
一种液流电池的电堆结构,包括顺序连接的第一集流板,第一液流框,隔膜,第二液流框及第二集流板,第一集流板与第一液流框之间,第一液流框与隔膜之间,隔膜与第二液流框之间,及第二液流框与第二集流板之间设置有密封圈,第一液流框的正面设置有第一卡销,第一集流板上设置有供第一卡销穿过的卡销孔,第二液流框的背面设置有第二卡销,隔膜上设置有供第二卡销穿过的卡销孔,第一液流框的背面相应位置处设置有与第二卡销配合的第一凹槽,第二液流框的正面相应位置处设置有第二凹槽,密封圈相应位置处设置有供第一卡销或第二卡销穿过的卡销孔。本实用新型的电堆结构,通过卡销与卡销孔的配合,实现电堆的定位,结构简单,一致性高,可靠性强。
Description
技术领域
本实用新型涉及新型电池的结构,尤其涉及一种液流电池的电堆结构。
背景技术
随着经济的发展,能源、资源、环境之间的矛盾显得日益突出,而太阳能、风能发电为主的可再生清洁能源,其能量密度随着时间的变化而发生显著的变化,如昼夜温差造成风力大小的差异,不同时间段太阳光照强度变化明显,引起发电装置的功率输出存在大幅度波动,难于满足社会对持续、稳定、可控的电力能源需求。而氧化还原液流电池(Redox Flow Battery,RFB),是利用具有不同价态元素的氧化-还原反应进行能量储存与转化的电化学系统,能将不稳定的电能输入变为连续、安全可靠的电能输出,解决规模化利用风能、太阳能发电过程中的重大储能技术问题。其中,全钒液流电池(Vanadium Redox Battery,VRB)是氧化还原液流电池中的其中一种新型化学电源,其通过不同价态的钒离子相互转化实现电能的储存与释放,使用同种元素组成电池系统,从原理上避免了正负半电池间不同种类活性物质相互渗透产生的交叉污染。使用溶解在电解液中不同价态钒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开储存,从原理上避免电池储存过程自放电现象,适合于大规模储能过程应用。同时,为实现液流电池大规模储能,常常将一定数量的单体电池叠放串联而组成液流电池堆,单电池间使用集流板连接,以保证电池堆拥有较大的输入和输出功率。
中国实用新型专利说明书中公开号为“CN2727974”名称为“用于氧化还原液流电池组装的框架”公开了一种用于氧化还原液流电池组装的框架,采用一个固定框架和与之相配合的压紧框,将若干单电池嵌装在固定框架内,使用压紧框上的紧固螺钉加压方式压紧电池堆。然而,这种方式均是采用如板框压滤模式的原理,各个组件通过两端压力进行固定,在装配过程中以及在使用过程中,容易造成各组件相对滑动。而各组件本身内部所开的液流孔位置均是固定的,且为了尽可能提高功率密度,液流框、密封圈等边缘一般均较窄,一旦相对滑动,轻则造成电解液流动不畅,重则产生严重的漏液现象。此外,多个组件叠放的结构最难解决的问题是压紧后,电池堆两端与中间部分单电池所受压力不均匀,从而使电池各单电池内部电解液的流动不均匀,进而使单电池极化不一致,最终严重影响电池堆性能。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种可靠性强、一致性高、结构简单的液流电池的电堆结构。
一种液流电池的电堆结构,由多个单电池串联组成,每个单电池包括顺序连接的第一集流板,第一液流框,隔膜,第二液流框以及第二集流板,所述第一集流板与第一液流框之间,所述第一液流框与隔膜之间,所述隔膜与第二液流框之间,以及所述第二液流框与第二集流板之间设置有密封圈,所述第一液流框的正面设置有第一卡销,所述第一集流板上设置有供所述第一卡销穿过的卡销孔,所述第二液流框的背而设置有第二卡销,所述隔膜上设置有供所述第二卡销穿过的卡销孔,所述第一液流框的背面相应位置处设置有与所述第二卡销配合的第一凹槽,第二液流框的正面相应位置处设置有第二凹槽,所述密封圈相应位置处设置有供所述第一卡销或第二卡销穿过的卡销孔。
上述的液流电池的电堆结构,其中:所述第一卡销的长度大于第二卡销的长度。
上述的液流电池的电堆结构,其中:所述第一卡销的数量为4个,对称设置于所述第一液流框正面的四角;所述第二卡销的数量为4个,对称设置于所述第二液流框正面的四角。
上述的液流电池的电堆结构,其中:所述第一凹槽的深度小于第一液流框的厚度;所述第二凹槽的深度小于第二液流框的厚度。
上述的液流电池的电堆结构,其中:所述第一液流框的正面向第一集流板方向凸设有第一凸台;所述第二液流框的正面向第二集流板方向凸设有第二凸台。
上述的液流电池的电堆结构,其中:所述第一集流板、第二集流板分别包括石墨板,以及粘贴于所述石墨板上、下表面的石墨毡电极。
上述的液流电池的电堆结构,其中:所述隔膜为离子交换膜。
上述的液流电池的电堆结构,其中:还包括前端板以及后端板,所述前端板上设置有与所述第一卡销配合的卡销凹槽,所述后端板上设置有与所述第二凹槽配合的第三卡销。
上述的液流电池的电堆结构,其中:还包括螺杆,所述前端板以及后端板上设置有与所述螺杆匹配的螺纹孔。
上述的液流电池的电堆结构,其中:所述前端板、后端板、第一液流框以及第二液流框为硬质聚氯乙烯塑料。
本实用新型的液流电池的电堆结构,通过卡销与卡销孔的配合,无须额外的固定措施,即可实现电池推的定位,结构简单,可靠性强,且,通过控制每半个单电池的装配压力,使每一块石墨毡电极所受挤压程度均匀,进而提高串联后的电池堆所受压力的均匀一致。此外,电池堆组装完毕后,即使未装紧固螺杆,每个部件也不会发生相对滑动,从而减小漏液以及电解液流通不通畅的问题。
附图说明
为了易于说明,本实用新型由下述的较佳实施例及附图作以详细描述。
图1为本实用新型液流电池的电堆结构的立体结构图;
图2为图1的局部放大图;
图3为本实用新型液流电池的电堆结构轴向方向的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。
请参照图1至图3,本实用新型的液流电池的电堆结构由多个单电池串接组成。每个单电池包括顺序连接的第一集流板10、第一液流框20、隔膜30、第二液流框40以及第二集流板(图中未示出)。其中,每个部件之间设置有密封圈60,用于防止漏液。详细说,即第一集流板10与第一液流框20之间,第一液流框20与隔膜30之间,隔膜30与第二液流框40之间,以及第二液流框40与第二集流板(图中未示出)之间分别设置有密封圈60。
第一集流板10以及第二集流板(图中未示出)的结构相同,为一体化电极集流板,其包括高密度石墨板(图中未示出),以及粘贴于该石墨板上、下表面的石墨毡电极101。
第一液流框20的正面设置有第一卡销21,其背面相应位置处设置有第一凹槽22。又,第一液流框20的正面向第一集流板10方向凸设有第一凸台23,装配时,该凸台23抵顶于石墨板上,以确保第一液流框20不变形,从而保证电解液的流路通畅。第一液流框20在临近第一卡销21处设置有供电解液通过的液流孔24。本实式方式中,第一凹槽22的深度小于第一液流框20的厚度。第一凹槽22的宽度大于第一卡销21的宽度,有利于第一卡销21容纳其中。第一卡销21的数量为4个,分别设置于第一液流框20的四角。第一集流板10上设置有供第一卡销21穿过的卡销孔11。
隔膜30为离子交换膜,隔膜30上同样设置有供电解液通过的液流孔31。
第二液流框40的背面设置有第二卡销41,其正面相应位置处设置有第二凹槽42。第二液流框的正面向第二集流板方向凸设有第二凸台43,装配时,该凸台43抵顶于石墨板上,以确保第二液流框40不变形,从而保证电解液的流路通畅。第二液流框40在临近第二卡销41处同样设置有供电解液通过的液流孔44。本实式方式中,第二凹槽42的深度同样小于第二液流框40的厚度,第二凹槽42的宽度同样大于第二卡销41的宽度。第二卡销41的数量也为4个,分别设置于第二液流框40的四角。隔膜30上设置有供第二卡销41穿过的卡销孔32。又,第一液流框20与第一液流框40的厚度相同。第一卡销21的长度大于第二卡销41的长度,具体实施方式中,第一卡销21大于的长度为一个液流框的厚度。而第一凹槽22与第二凹槽42的深度以及宽度均相同。
第二集流板(图中未示出)上同样设置有供卡销穿过的卡销孔。本实施方式中,第二集流板(图中未示出)上的卡销孔可以是另一单电池中的卡销穿过的卡销孔,也可以是供后端板80(参阅图3)上的卡销穿过的卡销孔。又,第一集流板10以及第二集流板(图中未示出)上同样设置有供电解液通过的液流孔。具体说,是石墨板上设置有液流孔。
密封圈60上设置有供第一卡销21或第二卡销41通过的卡销孔以及供电解液通过的液流孔。
又,本实用新型的电池堆还包括前端板70,后端板80以及用于锁紧该电池堆的螺杆(图中未示出)。前端板70上设置有与第一卡销21配合的卡销凹槽71以及与该螺杆匹配的螺纹孔(图中未示出)。后端板80上设置有与第二凹槽42配合的第三卡销81以及与该螺杆匹配的螺纹孔(图中未示出)。
本实用新型其它实施方式中,该前端板70以及后端板80也可以省略,直接在电池外侧的集流板上设置与该螺杆匹配的螺纹孔,或者该螺杆也可以省略,直接通过卡销穿过卡销孔后收容于凹槽中,实现定位。
本实用新型中,每个部件的液流孔均同轴且相互连通。前端板70上还设置有与液流孔相互连通、供电解液流出的出液口72;后端板80上设置有与液流孔相互连通、供电解液进入的进液口82。又,前端板70、后端板80、第一液流框20以及第二液流框40为硬质聚氯乙烯塑料。
装配时,将单个电池中的第一集流板10、密封圈60、第一液流框20、密封圈60、隔膜30、密封圈60、第二液流框40、密封圈60、以及第二集流板(图中未示出)顺序叠放,将卡销与卡销孔对准后,用力摁紧,使卡销收容于凹槽即可。将多个单电池叠放好后串联,然后在串联后的电池外装配前端板70以及后端板80,通过螺杆将串联好的电池堆锁紧,即装配成一个完整的液流电池。
本实用新型的液流电池的装配压力可通过控制各部件的厚度以及卡销孔的深度进行控制,即,每两个液流框之间的装配压力是可调的。举例说,第一液流框20中的第一卡销21的长度为s,而两个密封圈60的厚度,一个集流板的厚度,以及一个卡销孔的深度之和为S,其中,为了使密封圈60能受力压缩,设定s<S,则半个单电池的最大压缩量为S-s。通过控制半个单电池的装配压力,提高单电池的一致性,进而提高串联后的电池堆所受压力的均匀一致。
因此,本实用新型的液流电池的电堆结构,通过卡销与卡销孔的配合,无须额外的固定措施,即可实现电池推的定位,结构简单,可靠性强,且,通过控制每半个单电池的装配压力,使每一块石墨毡电极所受挤压程度均匀,进而提高串联后的电池堆所受压力的均匀一致。此外,电池堆组装完毕后,即使未装紧固螺杆,每个部件也不会发生相对滑动,从而减小漏液以及电解液流通不通畅的问题。
Claims (10)
1.一种液流电池的电堆结构,由多个单电池串联组成,每个单电池包括顺序连接的第一集流板,第一液流框,隔膜,第二液流框以及第二集流板,所述第一集流板与第一液流框之间,所述第一液流框与隔膜之间,所述隔膜与第二液流框之间,以及所述第二液流框与第二集流板之间设置有密封圈,其特征在于,所述第一液流框的正面设置有第一卡销,所述第一集流板上设置有供所述第一卡销穿过的卡销孔,所述第二液流框的背面设置有第二卡销,所述隔膜上设置有供所述第二卡销穿过的卡销孔,所述第一液流框的背面相应位置处设置有与所述第二卡销配合的第一凹槽,第二液流框的正面相应位置处设置有第二凹槽,所述密封圈相应位置处设置有供所述第一卡销或第二卡销穿过的卡销孔。
2.根据权利要求1所述的液流电池的电堆结构,其特征在于:所述第一卡销的长度大于第二卡销的长度。
3.根据权利要求1所述的液流电池的电堆结构,其特征在于:所述第一卡销的数量为4个,对称设置于所述第一液流框正面的四角;所述第二卡销的数量为4个,对称设置于所述第二液流框正面的四角。
4.根据权利要求1所述的液流电池的电堆结构,其特征在于:所述第一凹槽的深度小于第一液流框的厚度;所述第二凹槽的深度小于第二液流框的厚度。
5.根据权利要求1所述的液流电池的电堆结构,其特征在于:所述第一液流框的正面向第一集流板方向凸设有第一凸台;所述第二液流框的正面向第二集流板方向凸设有第二凸台。
6.根据权利要求1所述的液流电池的电堆结构,其特征在于:所述第一集流板、第二集流板分别包括石墨板,以及粘贴于所述石墨板上、下表面的石墨毡电极。
7.根据权利要求1所述的液流电池的电堆结构,其特征在于:所述隔膜为离子交换膜。
8.根据权利要求1所述的液流电池的电堆结构,其特征在于:还包括前端板以及后端板,所述前端板上设置有与所述第一卡销配合的卡销凹槽,所述后端板上设置有与所述第二凹槽配合的第三卡销。
9.根据权利要求8所述的液流电池的电堆结构,其特征在于:还包括螺杆,所述前端板以及后端板上设置有与所述螺杆匹配的螺纹孔。
10.根据权利要求8所述的液流电池的电堆结构,其特征在于:所述前端板、后端板、第一液流框以及第二液流框为硬质聚氯乙烯塑料。
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