CN218039297U - 双极板结构及其适用的液流电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种双极板结构及其适用的液流电池。双极板结构包括双极板本体；主流道，包括进液主流道和出液主流道；支流道，包括多个与进液主流道连通的多个进液支流道、以及多个与出液主流道连通的出液支流道。其中，进液主流道、进液支流道、出液主流道以及出液支流道位于双极板本体的正面和/或反面。本实用新型的双极板结构及其适用的液流电池可以对经典交指流场进行结构优化，提高电解液的均匀分布以及化学反应速率。

Description

双极板结构及其适用的液流电池

技术领域

本实用新型主要涉及液流电池领域，尤其涉及一种双极板结构及其适用的液流电池。

背景技术

液流电池作为一种新型储能技术，具有无污染、长寿命、稳定性高的能量转换效率和维护简单等优势。在太阳能、风能储存、电网调峰、偏远地区供电等领域展示出巨大的应用前景。

为降低液流电池的浓差极化，使得电解液充分浸入电极且在电极内均匀分布，加快电解液在电极内的流动速度，现有技术通常在液流电池双极板上进行流道设计。目前液流电池双极板经典流道形式有三种：蛇形流场、平行流场和交指流场。然而，现有的流场形式很难同时兼顾电解液在电极内部的均匀分布以及提升流动速度的需求。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种双极板结构及其适用的液流电池，可以对经典交指流场进行结构优化，提高电解液的均匀分布以及化学反应速率。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种适用于液流电池的双极板结构，包括：

双极板本体；

主流道，包括进液主流道和出液主流道；

支流道，包括多个与所述进液主流道连通的多个进液支流道、以及多个与所述出液主流道连通的出液支流道

其中，所述进液主流道、所述进液支流道、所述出液主流道以及所述出液支流道位于所述双极板本体的正面和/或反面。

在本实用新型的一实施例中，至少部分的多个进液支流道对称分布于所述进液主流道的两侧、且至少部分的多个出液支流道对称分布于所述出液主流道的两侧。

在本实用新型的一实施例中，位于所述主流道一侧的多个支流道中的至少一部分相互平行，且相邻两条相互平行的支流道之间的间距为50～100mm。

在本实用新型的一实施例中，至少部分的多个进液支流道与所述进液主流道之间形成的锐角夹角为30°～45°，且与所述多个进液支流道位于所述双极板本体同一面的至少多个出液支流道与所述出液主流道之间形成的钝角夹角为135°～150°。

在本实用新型的一实施例中，在所述双极板本体的同一面上，所述进液主流道与所述出液主流道之间的间距为20～50mm。

在本实用新型的一实施例中，至少部分的所述进液主流道、所述进液支流道、所述出液主流道和所述出液支流道的流道深度为所述双极板本体厚度的30％～40％。

在本实用新型的一实施例中，所述进液主流道、所述进液支流道、所述出液主流道和所述出液支流道的流道面积总和为所述双极板本体面积的15％～20％。

在本实用新型的一实施例中，至少部分的所述主流道的流道宽度为所述主流道的流道深度的1～3倍，且至少部分的所述支流道的流道宽度为连通的所述主流道的流道宽度的1/2～1/3。

在本实用新型的一实施例中，所述主流道的流道宽度为2～4mm，且所述支流道的流道长度为10～30mm。

本实用新型的另一方面还提出了一种液流电池，包括上述的双极板结构。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：本实用新型通过在双极板本体的单面或双面分别排布进液和出液的主流道、以及进液和出液的支流道，并通过特殊位置以及夹角和间距的优化设计，可以促进电解液在电极内均匀流动，降低浓差极化，有效提升液流电池的能量效率。

附图说明

包括附图是为提供对本申请进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本申请的实施例，并与本说明书一起起到解释本实用新型原理的作用。附图中：

图1是本实用新型一实施例的一种适用于液流电池的双极板结构的表面示意图；

图2是如图1所示的适用于液流电池的双极板结构的局部放大示意图；以及

图3是如图1所示的适用于液流电池的双极板结构中主流道和支流道位置关系示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。

应当理解，当一个部件被称为“在另一个部件上”、“连接到另一个部件”、“耦合于另一个部件”或“接触另一个部件”时，它可以直接在该另一个部件之上、连接于或耦合于、或接触该另一个部件，或者可以存在插入部件。相比之下，当一个部件被称为“直接在另一个部件上”、“直接连接于”、“直接耦合于”或“直接接触”另一个部件时，不存在插入部件

参照图1，本实用新型的一实施例提出了一种适用于液流电池的双极板结构10(以下简称“双极板结构10”)。双极板结构10可以对经典交指流场进行结构优化，提高电解液的均匀分布以及化学反应速率。

根据图1，双极板结构10中具有双极板本体11、主流道12以及支流道13。其中，主流道12包括进液主流道121和出液主流道122，支流道13包括进液支流道131和出液支流道132。为了更清楚的说明支流道13的结构，图2示出了图1中的双极板结构10中关于局部区域20的放大示意图。根据图2并结合图1，双极板结构10中的支流道13包括多个与进液主流道121连通的多个进液支流道131、以及多个与出液主流道122连通的出液支流道132。

根据图1可以看出的是，在双极板结构10中，在双极板本体11的一面(可以认为是双极板本体11的正面)具有规律的交错排布的进液主流道121和出液主流道122，但是本实用新型不以图1示出的示例为限。在本实用新型的不同实施例中，进液主流道121、进液支流道131、出液主流道122以及出液支流道132可以位于双极板本体11的正面和/或反面。通常来说，在双极板本体11的同一面(正面或反面)，同时排布有多个进液流道(包括进液主流道121和进液支流道131)以及出液流道(包括出液主流道122和出液支流道132)。优选地，为了降低浓差极化的影响，在双极板本体11上所配置的进液流道以及出液流道的数量比例是统一的，例如按照进液流道：出液流道的比例为1:1、1:2或3:1等方式均匀排布。

在本实用新型的不同实施例中，至少部分的多个进液支流道对称分布于进液主流道的两侧、且至少部分的多个出液支流道对称分布于出液主流道的两侧。在如图1所示的实施例中展示了一种较为规律的优选排布方式。根据图1，多个进液支流道131对称分布于进液主流道121的两侧、并且多个出液支流道132对称分布于出液主流道122的两侧。优选地，在图1所示的实施例中，位于进液主流道121一侧的多个进液支流道131相互平行，示例性的，相邻两条相互平行的进液支流道131之间的间距为50～100mm。相似的，在图1示出的实施例中，位于出液主流道122一侧的多个出液支流道132相互平行，且相邻两条相互平行的出液支流道132之间的间距也可也在50～100mm的范围中取值。另外需要说明的是，在如图1所示的实施例中，在双极板本体11的两端均设计为进液主流道121且两端的进液主流道121与双极板本体11的两侧边缘重合，在该边缘的位置，两条进液主流道121仅单侧布置有进液支流道131。

优选地，在本实用新型的多个实施例中，通过对于各个主流道和支流道之间的间距和夹角进行设计，从而获得较为优选的电池能量效率。在本实用新型的多个实施例中，可以具体设计至少部分的多个进液支流道与进液主流道之间形成的锐角夹角为30°～45°，且与多个进液支流道位于双极板本体同一面的至少多个出液支流道与出液主流道之间形成的钝角夹角为135°～150°。另外，在双极板本体的同一面上，进液主流道与出液主流道之间的间距在20～50mm的范围内取值。进一步的，在本实用新型的多个实施例中，至少部分的进液主流道、进液支流道、出液主流道和/或出液支流道的流道深度为双极板本体厚度的30％～40％。进液主流道、进液支流道、出液主流道和/或出液支流道的流道面积总和优选地为双极板本体面积的15％～20％。至少部分的主流道的流道宽度为主流道的流道深度的1～3倍，且至少部分的支流道的流道宽度为连通的主流道的流道宽度的1/2～1/3。在此基础上，主流道的流道宽度可以设计为2～4mm，且支流电的流道长度可以设计为10～30mm。

下面参照图3对于上述夹角和间距的尺寸特征列举一个具体的实现方式。图3是如图2所示的局部区域20的正视图。根据图3，相邻进液主流道121与出液主流道122的间距25mm。进液支流道131、出液支流道132的长度d均为30mm，相邻两条进液支流道131以及相邻两条出液支流道132的间距s均为70mm。进液支流道131与进液主流道121的锐角夹角α为30°，且位于双极板本体11同一面的出液支流道132与出液主流道122的钝角夹角β取值为150°。在本实施例中，进液主流道121、进液支流道131、出液主流道122和出液支流道132的流道深度均为1.5mm，进、出液主流道121和122的宽度为3mm，进、出液支流道131和132的宽度为2mm。为了验证本实用新型的流道结构与现有技术相比所能实现的技术效果，将图1～图3所示实施例中的双极板结构10与常用的交指流场双极板结构的方案进行实验对比，对比结果如下表1：

表1：双极板结构10与交指流场双极板结构的实验对比结果

由表1可以看出，本实用新型双极板结构10相较于现有技术的交指双极板流场结构，库伦效率CE提升了1.23％，电压效率VE提升了1.8％，能量效率EE提升了2.75％，提升效果较为明显。

本实用新型的另一方面还提出了一种液流电池，其中包括本实用新型任一实施例提出的双极板结构，例如是参照图1～图3说明的双极板结构10，在这样的液流电池中，如图1所示的双极板本体11位于液流电池的电极框内，其中的进液主流道121与电极框上的多个进液口一一联通，而出液主流道122与电极框上的多个出液口一一联通。

本实用新型的双极板结构及其应用的液流电池采用主流道配合支流道的设计，电解液通过极板上的流道呈发散状浸入电极，提高了电解液在电极内流动的均匀性，降低浓差极化。同时极板上发散状的进液流道以及聚合状的出液流道，有利于电极内未氧化还原电解液的补充以及完成反应电解液的输送，提高电解液的传递速度，减小电解液在电堆中过度充电而造成V5+析出阻塞电堆的可能性。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述实用新型披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个实用新型实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

虽然本申请已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本申请，在没有脱离本申请精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本申请的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种适用于液流电池的双极板结构，其特征在于，包括：

双极板本体；

主流道，包括进液主流道和出液主流道；

支流道，包括多个与所述进液主流道连通的多个进液支流道、以及多个与所述出液主流道连通的出液支流道

其中，所述进液主流道、所述进液支流道、所述出液主流道以及所述出液支流道位于所述双极板本体的正面和/或反面。

2.如权利要求1所述的双极板结构，其特征在于，至少部分的多个进液支流道对称分布于所述进液主流道的两侧，且至少部分的多个出液支流道对称分布于所述出液主流道的两侧。

3.如权利要求2所述的双极板结构，其特征在于，位于所述主流道一侧的多个支流道中的至少一部分相互平行，且相邻两条相互平行的支流道之间的间距为50～100mm。

4.如权利要求1所述的双极板结构，其特征在于，至少部分的多个进液支流道与所述进液主流道之间形成的锐角夹角为30°～45°，且与所述多个进液支流道位于所述双极板本体同一面的至少多个出液支流道与所述出液主流道之间形成的钝角夹角为135°～150°。

5.如权利要求1所述的双极板结构，其特征在于，在所述双极板本体的同一面上，所述进液主流道与所述出液主流道之间的间距为20～50mm。

6.如权利要求1所述的双极板结构，其特征在于，至少部分的所述进液主流道、所述进液支流道、所述出液主流道和所述出液支流道的流道深度为所述双极板本体厚度的30％～40％。

7.如权利要求1所述的双极板结构，其特征在于，所述进液主流道、所述进液支流道、所述出液主流道和所述出液支流道的流道面积总和为所述双极板本体面积的15％～20％。

8.如权利要求1所述的双极板结构，其特征在于，至少部分的所述主流道的流道宽度为所述主流道的流道深度的1～3倍，且至少部分的所述支流道的流道宽度为与其连通的所述主流道的流道宽度的1/2～1/3。

9.如权利要求1所述的双极板结构，其特征在于，所述主流道的流道宽度为2～4mm，且所述支流道的流道长度为10～30mm。

10.一种液流电池，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的双极板结构。

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