CN210443623U - 一种vrfb电池用流场板 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种电池部件，具体涉及一种VRFB电池用流场板。本实用新型的技术方案如下：一种VRFB电池用流场板，包括入口导流槽、梯形流道和出口导流槽，所述梯形流道分别与入口导流槽及出口导流槽相连通，所述流道横截面为梯形，所述梯形的侧边与底边夹角为30°。本实用新型提供的VRFB电池用流场板，改变了流场板的内部流道结构，电解液的扩散更加深入、分布更加均匀，降低了浓差极化，提升了电池效率和性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电池部件，具体涉及一种VRFB电池用流场板。
背景技术
全钒液流电池(VRFB)作为一种新型高效绿色蓄电储能装置，不仅可以用作太阳能、风能发电过程配套的储能装置，还可以用于电网调峰，提高电网稳定性，保障电网安全等方面发挥着极其重要的作用，其社会经济价值无疑是巨大的。
VRFB的概念是由Thaller于1974年提出的。电池的电能和化学能的相互转化是由电解质溶液的活性物质发生可逆氧化还原反应引起的。1985年，来自澳大利亚新南威尔士大学的M.Skllas-Kasacos教授团队介绍了对VRFB的概念。VRFB的活性物质是不同价态的钒离子，解决了液流电池电解质交叉污染的问题，同时，VRFB的储能规模灵活、安全、寿命长等特点，在大规模储能技术中脱颖而出，成为最有前途的技术之一。
VRFB作为一种新型高效的储能系统，其电解质为不同价态的钒离子，电解液通过蠕动泵泵入电池体，并在储罐和半电池的闭合回路中循环，中间膜采用质子交换膜，电解质通过流场板流道在石墨毡电极表面发生电化学反应，在集流板上收集电流。在VRFB中，正负极电化学反应为VRFB的基本原理提供了指导。充电时电子被释放并通过集流板传输到外部电路。在充电之前，正极溶液是电中性的，并且由于充电反应后电子的损失，整个系统带正电；由于在负电极充电之后获得的电子，整个系统带负电。
VRFB用的流场板中的流场结构设计的合理性会直接影响电池内部电解液在石墨毡电极表面分布均匀性，也会对充放电性能、电池效率以及电池的循环稳定性有影响，因此合理的流场结构已成为影响VRFB输出性能的关键因素之一。
现有技术中，流场板中的流道横截面形状为矩形或者正方形，电解液不易扩散、分布不匀，浓差极化大，降低了电池效率和性能。
实用新型内容
本实用新型提供一种VRFB电池用流场板，改变了流场板的内部流道结构，电解液的扩散更加深入、分布更加均匀，降低了浓差极化，提升了电池效率和性能。
本实用新型的技术方案如下：
一种VRFB电池用流场板，包括入口导流槽、梯形流道和出口导流槽，所述梯形流道分别与入口导流槽及出口导流槽相连通，所述流道横截面为梯形，所述梯形的侧边与底边夹角为30°。
所述的VRFB电池用流场板，其中所述梯形流道分布方式为蛇形、龟形或平行。
本实用新型的有益效果为：本实用新型扩大了流道(电解液)与电极的接触面积，相当于增大了电极的有效面积；同时流道侧面给予流道内部电解液一个垂直于电极表面方向的分力，使电解液的扩散更加深入、分布更加均匀，降低了浓差极化，提升了电池效率和性能。
附图说明
图1为对比例流场板立体示意图；
图2为对比例流场板俯视图；
图3为对比例正方形流道截面图；
图4为实施例VRFB电池用流场板俯视图；
图5为实施例VRFB电池用流场板梯形流道截面图；
图6为不同流场板的VRFB充放电曲线对比图；
图7为不同流场板的VRFB放电容量对比图；
图8为不同流场板的VRFB极化曲线对比图。
具体实施方式
对比例
如图1-3所示，一种VRFB电池用流场板，包括入口导流槽1、正方形流道2和出口导流槽3，所述正方形流道2分别与入口导流槽1及出口导流槽3相连通，所述正方形流道2横截面为正方形，所述正方形流道2为龟形分布。
实施例
如图4、5所示，一种VRFB电池用流场板，包括入口导流槽1、梯形流道4和出口导流槽3，所述梯形流道4分别与入口导流槽1及出口导流槽3相连通，所述梯形流道4横截面为梯形，所述梯形的侧边与底边夹角为30°；所述梯形流道4为龟形分布。
利用蓝电电池测试系统对组装好的电池进行恒电流充放电测试。设置充电截止电压为1.65V，放电截止电压为0.80V，电流密度为80mA/cm2。为避免负极储液罐中的电解液被空气中的氧气氧化，在测试的过程中对其进行氮气保护。进行充放电测试和循环充放电测试，得出充电-放电过程曲线、VRFB效率以及放电容量。
研究充电-放电过程来分析评价安装了不同流场板的VRFB的性能。图6显示了安装龟形流场板和龟形—梯形流场板的VRFB在充放电过程中电压随时间的变化曲线。恒流充电过程中，安装了龟形—梯形流场板的VRFB充电电压更低，充电时间更长。放电时，安装了龟形—梯形流场板的VRFB放电电压更高，放电时间更长。可能是因为安装了龟形-梯形流场板的VRFB在充电过程中所需要克服的电池极化电压更小，致使充电过程发生电池反应所需电压低，放电时电池需要克服浓差极化和欧姆极化更小，电压损失小，致使放电时输出电压增大。说明安装了龟形-梯形流场板的VRFB电解液分布更加均匀，延长VRFB充放电时间，增加电解液储能容量利用率，改善电池性能。
表1显示了安装两种流场板的VRFB各效率对比，安装了龟形-梯形流场板的VRFB电流效率、电压效率和能量效率均高于安装了龟形流场板的VRFB。说明VRFB性能得以提升。
表1安装不同流场的电池效率
对安装了两种流场板的VRFB进行40次循环充放电测试，得出在40次循环充分放电过程中每一次循环时候的放电容量，整理如图7所示。
从图7中可以明显的看出安装了龟形-梯形流场板的VRFB的放电容量比安装了龟形流场板的VRFB提升了229.78mAh，而且在40次充放电循环中，安装了龟形-梯形流场板的VRFB的放电容量始终高于安装了龟形流场板的VRFB，说明新设计的龟形-梯形流场板增大了电池的放电容量，增大了电池的储能利用率。这是因为梯形流场结构增大了电极与流场的接触面积，增大了电极与电解液的接触面积，相当于增大了电极的有效面积，为其电化学反应提供了更多的反应场所，从而提升VRFB的整体性能，延长了VRFB的使用寿命。
从图8中可以看出安装了梯形流场板的VRFB浓差极化更小，可能是因为梯形流场内电解液分布更均匀，浓差极化更小。安装了龟形流场板的VRFB浓差极化较大，电池性能降低较明显。因此龟形-梯形流场板的设计能减少电池极化损失，提升VRFB性能。
综上相比于安装龟形流场板的电池，安装了龟形—梯形流场板的电池电流效率提高1.12％，电压效率提高6.60％，能量效率提高7.21％，放电容量提升了229.78mAh，具有更高的循环稳定性。本文的研究有望为新型VRFB流场板的研究提供一种新思路，为VRFB的实际推广应用提供一定的参考价值。
Claims (2)
1.一种VRFB电池用流场板，其特征在于，包括入口导流槽、梯形流道和出口导流槽，所述梯形流道分别与入口导流槽及出口导流槽相连通，所述梯形流道横截面为梯形，所述梯形的侧边与底边夹角为30°。
2.根据权利要求1所述的VRFB电池用流场板，其特征在于，所述梯形流道分布方式为蛇形、龟形或平行。
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| CN201921909768.5U CN210443623U (zh) | 2019-11-07 | 2019-11-07 | 一种vrfb电池用流场板 |
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Publications (1)
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| CN210443623U true CN210443623U (zh) | 2020-05-01 |
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| CN201921909768.5U Expired - Fee Related CN210443623U (zh) | 2019-11-07 | 2019-11-07 | 一种vrfb电池用流场板 |
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| CN (1) | CN210443623U (zh) |
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2019
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