CN209200075U - 一种并联式液流电池电极框 - Google Patents

Abstract

一种并联式液流电池电极框，所述电极框包括正极进液口、正极出液口、负极进液口、负极出液口以及电极腔，进液口和出液口分布在电极框对角位置，进液口和出液口均带有进出液流道，电极框正反两面均设有密封结构，电极框设置至少两个电极腔，每个电极腔密封设置，每个电极腔为一个单电池反应区，每个电极腔设置有独立的正极进液口、正极出液口、负极进液口、负极出液口以及电解液进出流道，位置相邻的单电池反应区的正极进液口、正极出液口、负极进液口以及负极出液口位置相同。本实用新型提供了一种利用隔离带将反应区分割的电极框，大幅度降低液体管路复杂性、提高了电解液在反应区域分布的均匀性、提高组装效率、提高系统集成度。

Description

一种并联式液流电池电极框

技术领域

本实用新型属于全钒液流电池领域，具体涉及全钒液流电池用电极框。

背景技术

全钒液流电池常温常压运行，安全性高，可深度放电，安全无隐患，不会发生爆炸和燃烧。循环寿命长，充放电特性良好，响应速度快，另外钒离子的电化学可逆性高，电化学极化小，适合大电流快速充放电，充放电切换速度快，为毫秒级别。功率和容量分别由电堆和电解液的数量决定，因此功率和容量可针对不同应用场景独立设计，设计灵活。环境友好，电池大部分组件可回收利用，电解液可循环使用。全钒液流电池主要通过电极框将电极、双极板、离子交换膜等部件组装成电堆。电极框是电极材料、双极板材料的载体，还为电解液提供流道，从而成为电化学反应的载体，因此电极框的结构设计对电堆性能和运行起至关重要的作用。

发明内容

本实用新型提供了一种利用隔离带将反应区分割的电极框，大幅度降低液体管路复杂性、提高了电解液在反应区域分布的均匀性、提高组装效率、提高系统集成度。

一种并联式液流电池电极框，所述电极框包括正极进液口、正极出液口、负极进液口、负极出液口以及电极腔，进液口和出液口分布在电极框对角位置，进液口和出液口均带有进出液流道，所述电极框正反两面均设有密封结构，所述电极框设置至少两个电极腔，所述每个电极腔密封设置，每个电极腔为一个单电池反应区，所述每个电极腔设置有独立的正极进液口、正极出液口、负极进液口、负极出液口以及电解液进出流道，位置相邻的所述单电池反应区的正极进液口、正极出液口、负极进液口以及负极出液口位置相同。

进一步的，述每个电极腔通过隔离带分割，所述隔离带上设置有密封槽，用于放置密封条。

进一步的，所述所有电极腔的密封槽连成一体，每个电极腔上的双极板和离子交换膜连成一个整体。

进一步的，所述每个电极腔设置有独立密封槽，所述独立密封槽将每个反应区独立密封，每个反应区上的双极板和离子交换膜独立设置或连成一体。

进一步的，所述隔离带厚度和电极框整体相同，和电极框连成一体，采用一体化成型工艺加工。

进一步的，所述电极框主体的材质采用共聚PP、HDPE、LLDPE、PVC、PVDF等耐化学腐蚀性能和成型加工性能较好的高分子材料。

进一步的，电极框主体厚度为2-10mm。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1.采用分割电极腔的方法，通过反应区隔离带将电池分成若干个反应区，每个反应区都独立反应，互不干涉，可以增加电解液在反应区域分布的均匀性，相比于多个独立电堆的并联组合，可减小电堆的体积，增加集成度，提高组装效率，降低材料成本。

2.本实用新型采用分割式密封的设计，电解液在流入电极之前的流道上不会接触离子交换膜，从而大大减少离子交换膜上的漏电流。

附图说明

图1是电极框正面示意图；

图2是电极框背面示意图；

图3是二分区电极框电池电堆铜板正面示意图；

图4是二分区电极框电池电堆铜板背面示意图；

图5是一体式密封槽结构的电极框示意图；

图6是三分区电极腔的电极框正面示意图；

图7是三分区电极腔的电池电堆的正面和背面铜板示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的结构及工作过程作进一步说明。

实施例1：二分区电极腔(独立密封槽结构)

如图1和图2：一种全钒液流电池用电极框，该电极框1厚5mm，外缘尺寸为1000mm*600mm，电极框包括正极进液口、正极出液口、负极进液口、负极出液口以及电极腔，进液口和出液口(含正极和负极，下同)分布在电极框对角位置，进液口和出液口半径25mm。

进液口和出液口均带有进出液流道，电极框设置两个电极腔2，每个电极腔尺寸为400mm*400mm，两个电极腔尺寸相同。每个电极腔单独密封，每个电极腔为一个单电池反应区，每个电极腔设置有独立的正极进液口3、正极出液口4、负极进液口5、负极出液口6以及电解液进出流道7。由图1和图2中可以看出，位置相邻的单电池反应区的正极进液口、正极出液口、负极进液口以及负极出液口位置相同。电极框正面和背面的正极进液口、正极出液口、负极进液口以及负极出液口相对应。

每个电极腔通过隔离带8分割，每个隔离带正面和背面分别设置有矩形密封槽9，密封槽深1.5mm，宽3mm，用于放置密封条，如图所述，两个电极腔的密封槽独立分开。其中隔离带宽度100mm，厚度和电极框整体相同。隔离带的宽度根据整个电极框的尺寸可以调节，一般设置在50mm-100mm。

电极框上液流道结构：进液口、进液主流道、进液分流道。相应地，电解液流出电极框流道为：出液口、出液主流道、出液分流道。其中主流道宽30mm，深3mm，长度和分流道总长度一致。分流道有多个间距相等的齿形结构组成，每个齿深3mm，齿宽10mm，齿长30mm，齿间距10mm。

本实施例提供一种采用上述电极框组装而成的电池电堆，该电堆还包括有端板、铜板、双极板、电极和离子交换膜。其中，电极框的材质可以选择耐化学腐蚀性能和成型加工性能较好的高分子材料，如共聚PP、HDPE、LLDPE、PVC、PVDF等，电极框上液流道、密封槽及其他部位采用注塑、模压、雕刻等加工工艺成型。双极板材料为柔性石墨板、石墨/聚合物高导电复合材料等，采用注塑、模压等工艺成型。电极材料为高电导率、高孔隙率的材料，如碳毡、石墨毡等，本实施例采用石墨毡，尺寸400mm*400mm，厚度5mm，单个电池电极数量为两个，放置在电极框上正中间电极腔位置。双极板尺寸490mm*600mm，厚度3mm，每个电极腔各有一块双极板。

离子交换膜夹装于两块电极框背面，尺寸大于电极框背面密封条尺寸，组装电堆时膜的四边均应超出上述密封条且不超过进出液口(包含正极和负极的进液口和出液口，下同)，由于密封条形状规则且和进出液口有一定的间距，离子交换膜不需要进行打孔，从而减少材料浪费、降低组装困难。本实施例中有一块完整的离子交换膜，尺寸为450mm*980mm。

将上述结构进行组装如下：按照双极板-带有密封条的电极框-电极-离子交换膜-电极-带密封条的电极框-双极板顺序进行安装。双极板和电极为矩形材料，双极板的四条边均应超出所在密封条的边缘，离子交换膜四条边也超出所在密封条的边缘。正极电极框和负极电极框所有进出液口对齐，且两块电极框放置离子交换膜的一侧位于组装件的内侧。

双极板和所在位置的密封条对进出液流道和电极腔进行密封，离子交换膜与所在位置密封条对其下覆盖的电解液流经区域进行密封。

上述结构组装完成后在双极板两端各组装一个铜电极和端板，并以螺栓紧固，形成电池。

如图3、图4，如图安装在双极板两端的铜板为一块正面铜板10，一块为背面铜板11，正面铜板和背面铜板均为一块完整的铜板，铜板分别有铜板电极框支撑。正面铜板下方位置，铜板电极框有两组正极进液口12和两组负极进液口13，分别对应两组电极腔的正极进液口和负极进液口；背面铜板上方位置，铜板电极框有两组负极出液口14和两组正极出液口15，分别对应两组电极腔的负极出液口和正极出液口。

实施例2：二分区电极腔结构(一体式密封槽)

实施例2和实施例1的主要结构相同，如图5：区别点在于每个电极腔的隔离带16和密封槽17结构为一体式结构，每个反应区上的双极板和离子交换膜不分割。其中，双极板尺寸为1000mm*600mm，电极尺寸400mm*400mm，离子交换膜为整体，尺寸为450mm*980mm。

实施例3：三分区电极腔结构(独立密封槽)

如图6：将实施例1中二分区结构，即分割为两个电极框结构改进为分割成三个电极框结构，其他结构与上述实施例1相同。双极板尺寸为1000mm*600mm，电极尺寸233mm*450mm，离子交换膜为整体，尺寸为485mm*1000mm。

如图7安装在双极板两端的铜板为一块正面铜板30，一块为背面铜板31，正面铜板和背面铜板均为一块完整的铜板。正面铜板电流接入，连接三个反应区，对应的每个反应区位置设有正极进液口18、20、22和负极进液口19、21、23，具体在铜板下部；背面铜板有电流接出，连接三个反应区，对应的每个反应区位置设有正极出液口24、26、29和负极出液口25、27、28，具体在铜板上部。

本实施方式中仅阐述2-3个分区结构，4个以上分区结构与实施例1和实施例2其他结构相同。特别指出的是反应区的数量在技术能实现的情况下在2-20个为最优。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种并联式液流电池电极框，所述电极框包括正极进液口、正极出液口、负极进液口、负极出液口以及电极腔，进液口和出液口分布在电极框对角位置，进液口和出液口均带有进出液流道，所述电极框正反两面均设有密封结构，其特征在于，所述电极框设置至少两个电极腔，所述每个电极腔密封设置，每个电极腔为一个单电池反应区，所述每个电极腔设置有独立的正极进液口、正极出液口、负极进液口、负极出液口以及电解液进出流道，位置相邻的所述单电池反应区的正极进液口、正极出液口、负极进液口以及负极出液口位置相同。

2.根据权利要求1所述的并联式液流电池电极框，其特征在于，所述每个电极腔通过隔离带分割，所述隔离带上设置有密封槽，用于放置密封条。

3.根据权利要求2所述的并联式液流电池电极框，其特征在于，所述所有电极腔的密封槽连成一体，每个电极腔上的双极板和离子交换膜连成一个整体。

4.根据权利要求2所述的并联式液流电池电极框，其特征在于，所述每个电极腔设置有独立密封槽，所述独立密封槽将每个反应区独立密封，每个反应区上的双极板和离子交换膜独立设置或连成一体。

5.根据权利要求2所述的并联式液流电池电极框，其特征在于，所述隔离带厚度和电极框整体相同，和电极框连成一体，采用一体化成型工艺加工。

6.根据权利要求1所述的并联式液流电池电极框，其特征在于，所述电极框主体的材质采用共聚PP、HDPE、LLDPE、PVC、PVDF等耐化学腐蚀性能和成型加工性能较好的高分子材料。

7.根据权利要求1所述的并联式液流电池电极框，其特征在于，电极框主体厚度为2-10mm。