CN204271193U - 一种电池用循环电解液流道分配框 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电池用循环电解液流道分配框，包括阴极面和阳极面的流道分配框，其特点是：阴极面上制有构成电解液流道的凹凸结构阴极面边框，阴极面边框上有阴极电解液进液口和阴极电解液排液口；阳极面上制有构成电解液流道的凹凸结构阳极面边框，阳极面边框上有阳极电解液进液口和阳极电解液排液口。本实用新型由于在阴极面和阳极面上均采用同心圆结构的电解液流道，使电解液的流动速度基本不变；同时尽量增大同心圆的曲率半径，从而减小速度方向的变化率，大幅减小了电解液流道分配框的压力损失；本实用新型不仅适用于单、双室结构多单体电池电堆，而且易于加工，重量轻，节约能源，并能够又掉提高电堆的比功率、比能量和安全性。

Description

一种电池用循环电解液流道分配框

技术领域

本实用新型属于循环电解液电池技术领域，特别是涉及一种电池用循环电解液流道分配框。

背景技术

对于循环电解液电池，电解液将电池的反应产物和废热排出，保证传质和传热效果，使电池能够正常工作，并且提高活性物质利用率，因此其流动状态对电池性能影响很大。电解液在流动时需要在单体电池内部的电极表面和各个单体电池之间均匀分布，为确保电解液能均匀充分的通过电极表面各个位置，电极表面没有电解液流不到的“死区”，开展了电解液分配技术研究。通常在电池的电解液入口/出口和电极之间加装电解液分配装置，即电解液分配板或分液条，使电解液由进液口通过分液块或分液条间的空隙作为流道流入到电极表面，进而发生电化学反应。

双室结构的循环电解液电池为阴、阳极分开供液，中间用离子交换膜隔离。离子交换膜既能使电池的正、负极之间离子导通，使放电反应顺利进行，又能保证电子绝缘，从而避免电池正负极活性物质接触发生化学反应所造成的内部消耗。由于离子交换膜的存在使正、负极电解液隔离，因此不存在共用电液，能够最大限度的降低漏电电流。这种结构既要为正、负极分开供液，保证电解液均匀分配；又要避免正、负极电解液发生接触；同时还要考虑到离子交换膜的韧性较差，结构设计必须有效保护离子交换膜，这些都给流体分配设计增加了难度。

美国专利US4735630公开了一种电解液分配装置，其特征是适用于大电导率电池体系，其主要目的是保证电解液能均匀充分的流过电极表面各个位置，但其不足之处是无法适用于双室结构电堆；电解液分配板的流道过于狭窄，导致电池单体电池压损明显偏大，电解液流动时容易形成涡状，最终影响电堆的比功率、比能量和安全性。

发明内容

本实用新型为解决背景技术中存在的技术问题，提供一种适用于单、双室结构多单体电池电堆，并且压力损失小，节约能源，易于加工，重量轻，能够提高电堆的比功率、比能量和安全性的一种电池用循环电解液流道分配框。

本实用新型包括如下技术方案：

一种电池用循环电解液流道分配框，包括一面为阴极面、另一面为阳极面的流道分配框，流道分配框周边为带有密封圈凹槽的流道外边缘，其特点是：所述阴极面上以一条中心线为中心，靠近流道外边缘两端的阴极面上分别制有构成同心圆结构电解液流道的凹凸结构阴极面边框，两个阴极面边框上各制有一凸台，每一个凸台上制有两个孔，其中一个孔作为阴极电解液进液口，另一个孔作为阴极电解液排液口；所述阳极面上的中心线与阴极面上的中心线为同一条中心线，靠近流道外边缘两端的阳极面上分别制有构成同心圆结构电解液流道的凹凸结构阳极面边框，两个阳极面边框上各制有一凸台，每一个凸台上制有两个孔，其中一个孔作为阳极电解液进液口，另一个孔作为阳极电解液排液口。

本实用新型还包括如下技术措施：

所述阴极面的电解液流道两端均延伸出半圆作为阴极面的电解液延伸流道。

所述电解液流道由凸出的曲率半径分液条构成。

所述分液条的头、尾部分都为导圆状。

本实用新型具有的优点和积极效果是：

1、本实用新型由于在阴极面和阳极面上均采用同心圆结构的电解液流道，流道宽度不变，截面积不变，使电解液的流动速度基本不变；同时尽量增大同心圆的曲率半径，从而减小速度方向的变化率，以上两点共同作用，大幅减小了电解液流道分配框的压力损失，该循环电解液流道分配框不仅适用于单、双室结构多单体电池电堆，而且易于加工，重量轻，节约能源，并能够又掉提高电堆的比功率、比能量和安全性。

2、本实用新型同时在保证一定曲率半径的情况下，使流道长度尽量减小，进一步减小了压力损失。

3、本实用新型中的分液条的头、尾部分都为导圆状，左右两侧的电解液流速基本接近，流场相近，流体分配均匀，无“死区”。

4、本实用新型用于双室结构电池时，阴、阳极分开供液，离子交换膜将阴、阳极电解液隔离，因此不存在共用电液，能够最大限度的降低漏电电流。

5、本实用新型的流道分配框表面采用凹凸结构，凹槽形成电解液流道，便于装配。

附图说明

图1是本实用新型阴极面示意图；

图2是本实用新型阳极面示意图。

其中，1-电解液流道，2-分液条，3-流道外边缘，4-流道分配框，5-阴极面，6-阳极面，7-阴极面边框，8-阳极面边框，9-密封圈凹槽，10-凸台，11-半圆，12-中心线，13-阴极电解液进液口，14-阳极电解液进液口，15-阴极电解液排液口，16-阳极电解液排液口。

具体实施方式

为能进一步公开本实用新型的发明内容、特点及功效，特例举以下实例详细说明如下：

如图1-图2所示，一种电池用循环电解液流道分配框，包括一面为阴极面5、另一面为阳极面6的环氧酚醛树脂板作为流道分配框4，流道分配框周边为带有密封圈凹槽9的流道外边缘3，其特点是：所述阴极面上以一条中心线12为中心，靠近流道外边缘两端的阴极面上分别制有构成电解液流道1的凹凸结构阴极面边框7，所述凹凸结构由平面上凸出的曲率半径分液条2构成，分液条的头、尾部分都为导圆状；阴极面的电解液流道两端均延伸出半圆11作为阴极面的电解液延伸流道，两个阴极面边框上各制有一凸台10，每一个凸台上制有两个孔，其中一个孔作为阴极电解液进液口13，另一个孔作为阴极电解液排液口15；所述阳极面上的中心线与阴极面上的中心线为同一条中心线，靠近流道外边缘两端的阳极面上分别制有构成同心圆结构电解液流道的凹凸结构阳极面边框8，两个阳极面边框上各制有一凸台，每一个凸台上制有两个孔，其中一个孔作为阳极电解液进液口14，另一个孔作为阳极电解液排液口16。

本实用新型的应用

以铝过氧化氢电池为例，在电池壳体内放置单体电池组装成的电堆，流道分配框起到支撑电极的作用，每个单体电池的阴、阳极放置在电解液流道分配框两侧。为了将阴、阳极牢固的装配在流道分配框两侧，将阴极放置在阴极面边框的内部，而将阳极粘接在其背面的阳极面边框上。阴、阳极之间有导电金属箔，使单体电池之间电子导通，实现单体电池之间的电路串联连接；相邻流道分配框的相对应的阴、阳极构成一个单体电池，阴、阳极之间可以有离子交换膜隔离，形成双室结构；流道分配框下方为阴、阳极电解液的进液口，流道分配框上方为阴、阳极电解液的排液口，为阴、阳极分开供液；流道分配框表面采用凹凸台结构，凹槽部分即为电解液流道；流道分配框表面的进液口两侧有左右对称的进液流道，排液口两侧有左右对称的排液流道；所述流道分配框的两个进液口和排液口，分别为阴、阳极电解液循环供液，因此适用于具有双室结构的多单体电池电堆。

电池的催化阴极的基底为泡沫镍，负载的还原催化剂为金；阴极的泡沫镍基底一面均匀压制出通槽，作为阴极电解液流道；使得当含有H₂O₂的阴极电解液中有较多O₂气泡时，流体分配也比较均匀；阴极整体放置在阴极面的边框的内部。阳极为铝合金，一面垂直均匀粘贴圆柱形酚醛树脂隔膜粒，隔膜粒之间的间隙形成阳极电解液流道；另一面用胶与镍箔粘接。再将镍箔用胶粘接在阳极面的阳极面边框上。通过将阳极与阳极面边框牢固粘接，以保证单体电池不漏液。相邻流道分配框的相对的阴、阳极之间用Nafion 115阳离子交换膜隔离，构成一个单体电池；流道分配框最外侧的凹槽用来放置密封圈，使各个单体电池依次堆放组装成电堆并加压后，电堆边缘不漏液；从电路连接方面来看，各个单体电池之间是串联关系。

本实用新型的工作原理

本实用新型流道分配框流道的主体是同心圆结构，流道宽度不变，截面积不变，使电解液的流动速度基本不变；同时尽量增大同心圆的曲率半径，从而减小速度方向的变化率，以上两点共同作用，使局部压力损失减小。降低流道分配框流道的表面粗糙度，选择较光滑的材料，摩擦系数小；同时在保证一定曲率半径的情况下，使流道长度尽量减小，这两点是为了减小沿程压力损失。同时，所有分液条的头、尾部分都是采用导圆的方式，以减小流动涡结构的形成，也会减小压力损失。

相邻流道分配框表面的凸台上粘贴有垫片，两者之间的缺口形成电解液的通道，电解液经由这个通道从电解液管中流入单体电池的电极表面，供应放电反应所需的化学物质，再将放电产物和热量带出单体电池。同时，由于正、负极之间设置的离子交换膜在吸水后稍有膨胀，因此垫片可以进一步确保电堆加压后分配板与离子交换膜之间紧密接触没有缝隙，进而保证凸台上两个正、负极电解液圆形流道口之间不会相互串液。流道分配框的流道相对于中心线是左右对称的，中心线并不是流道分配框上实际存在的结构件，它只是代表流道分配框上的一个垂直的对称轴，在其两侧的流道互为镜像；在流道分配框的下方为阴极电解液进液口和阳极电解液进液口，将电解液引入电堆；在流道分配框的上方为阴极电解液排液口和阳极电解液排液口，将电解液排出电堆；流道分配框表面的凹凸台结构所形成的凹槽，即为电解液流道，使电解液分配均匀；电解液在流道外边缘的内侧流动。

本实用新型可以应用于多种电池体系：当阴、阳极之间设置有离子交换膜时，构成双室结构，为阴、阳极分开供液，阴、阳极电解液可以相同也可以不同；当阴、阳极之间没有设置离子交换膜时，形成单室结构，阴、阳极电解液相同。同时，这种流体分配结构除了可以为多单体电池电堆供液外，也可以为单体电池供液，应用范围广泛。

尽管上面对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式。这些均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种电池用循环电解液流道分配框，包括一面为阴极面、另一面为阳极面的流道分配框，流道分配框周边为带有密封圈凹槽的流道外边缘，其特征在于：所述阴极面上以一条中心线为中心，靠近流道外边缘两端的阴极面上分别制有构成同心圆结构电解液流道的凹凸结构阴极面边框，两个阴极面边框上各制有一凸台，每一个凸台上制有两个孔，其中一个孔作为阴极电解液进液口，另一个孔作为阴极电解液排液口；所述阳极面上的中心线与阴极面上的中心线为同一条中心线，靠近流道外边缘两端的阳极面上分别制有构成同心圆结构电解液流道的凹凸结构阳极面边框，两个阳极面边框上各制有一凸台，每一个凸台上制有两个孔，其中一个孔作为阳极电解液进液口，另一个孔作为阳极电解液排液口。

2.根据权利要求1所述一种电池用循环电解液流道分配框，其特征在于：所述阴极面的电解液流道两端均延伸出半圆作为阴极面的电解液延伸流道。

3.根据权利要求1所述一种电池用循环电解液流道分配框，其特征在于：所述电解液流道由凸出的曲率半径分液条构成。

4.根据权利要求3所述一种电池用循环电解液流道分配框，其特征在于：所述分液条的头、尾部分都为导圆状。