CN218996781U - 全钒液流电池单电池结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及全钒液流电池技术领域，具体为一种全钒液流电池单电池结构，包括依次叠合的复合端板、电极、电解液框和离子导电膜，复合端板、电极和电解液框以离子导电膜为中心在离子导电膜的两侧由外至内依次对称分布。本实用新型设计的全钒液流电池单电池结构，将端板、集流体和垫圈多个结构集成为一体的复合端板，简化了电池结构；复合端板靠近电极的一侧设置导电疏水层，减少电解液和集流体接触的可能，保护集流体不被腐蚀；将现有电池结构中石墨板流道改为电解液框，电解液框设置电极支撑结构、膜支撑结构和电解液流道，减小了通液时电池的内压，电解液从电极的一侧流动更有利于膜两侧电荷转移，更适用于梯度电极的测试。

Description

全钒液流电池单电池结构

技术领域

本实用新型全钒液流电池技术领域，具体为一种全钒液流电池单电池结构。

背景技术

随着化石能源的日益枯竭，风能、太阳能等可再生能源的开发利用成为各国关注的焦点，由于风能、太阳能受天气等因素影响具有不连续、不稳定性，这会在可再生能源发电并网过程中对电网造成冲击，影响供电质量及电网稳定。储能技术则可解决这一问题，保证可再生能源发电并网的高效稳定运行，储能技术主要分为物理储能和化学储能两大类，其中以全钒液流电池为代表的化学储能由于具有功率和容量相互独立、响应迅速、结构简单、易于设计、循环寿命长、环境友好等诸多优点。

在对全钒液流电池关键材料(如电极)进行研究时，需要组装单电池进行性能测试，通过单电池测试仪实现对电池性能参数进行测试和管理，单电池是全钒液流电池的基本单元，主要由一组正负电极及分开电极的离子传导膜组成，目前单电池结构一般包括离子传导膜，电极，电极框，集流板，带有液体出口和进口的端板以及密封件和紧固件等其他辅助部件。

但目前的单电池结构设计存在以下问题：(1)部件拆分结构过多，不方便安装；(2)石墨板流道容易被电解液侵蚀，对集流板的抗腐蚀能力要求较高，容易造成漏液；(3)电极的反应区和导电区在电极同一侧不利于电荷传递和梯度电极的设计。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供全钒液流电池单电池结构，以解决上述背景技术中提出的现有单电池结构设计拆分结构过多，不方便安装的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种全钒液流电池单电池结构，包括依次叠合的复合端板、电极、电解液框和离子导电膜，所述复合端板、电极和电解液框以离子导电膜为中心在离子导电膜的两侧由外至内依次对称分布。

进一步地，所述复合端板包括端板和集流体，所述集流体设置在端板的内部，所述集流体的一端延伸至端板的顶部。

进一步地，所述复合端板还包括导电疏水层，所述导电疏水层贴合在端板靠近电极一侧的端面上。

进一步地，所述导电疏水层为聚吡咯导电薄膜。

进一步地，所述复合端板的端板和导电疏水层靠近电极的一侧凹陷形成电极槽，所述电极嵌入电极槽内部。

进一步地，所述复合端板靠近电极的一侧还设置有垫圈，所述垫圈贴合在导电疏水层靠近电极的一侧，所述垫圈环绕在电极槽的外圈。

进一步地，所述垫圈的表面设置波纹或者半球形空穴。

进一步地，所述电解液框靠近电极的一侧为电极支撑结构，所述电解液框靠近离子导电膜的一侧为膜支撑结构，所述电极支撑结构和膜支撑结构之间形成空腔，所述空腔内设置电解液流道，所述电解液流道与外部连通。

进一步地，所述电解液框框体的侧部开设电解液孔，所述电解液孔包括进液孔和出液孔，所述进液孔和出液孔在电解液框框体的两侧上下错位分布，所述电解液流道通过进液孔和出液孔与外部连通。

进一步地，所述复合端板的厚度为3-5mm，所述电解液框的厚度为3-5mm，所述电极厚度为3-5mm。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型设计的全钒液流电池单电池结构，将端板、集流体和垫圈多个结构集成为一体的复合端板，并将电极嵌入到复合端板上，简化了电池结构，便于单电池的安装；复合端板靠近电极的一侧设置导电疏水层，减少电解液和集流体接触的可能，保护集流体不被腐蚀；垫圈嵌入复合端板提高了电池整体结构的密封性。

2、将现有电池结构中石墨板流道改为电极和离子导电膜之间的电解液框，电解液框设置电极支撑结构、膜支撑结构和电解液流道，减小了通液时电池的内压，电解液从电极的一侧流动更有利于离子导电膜两侧电荷的转移和电化学反应的进行，集流体设置于复合端板内，位于电极反应区的另一侧进行导电，因此本实用新型单电池结构更适用于梯度电极的测试。

附图说明

图1为本实用新型实例1的一个复合端板正视图和剖面图；

图2为本实用新型实例1的垫圈示意图及A部局部放大图；

图3为本实用新型实例1电解液框的正视图和上下二等角轴测图及B部局部放大图；

图4为本实用新型实例1电解液框正视图、右视图和剖视图；

图5为本实用新型实例1电池组装爆炸图；

图6为本实用新型实例2电解液框正视图、右视图和剖视图；

图中：1、复合端板；101、集流体；102、导电疏水层；2、垫圈；201、垫圈槽；3、电极；301、电极槽；4、电解液框；5、离子导电膜；6、电极支撑结构；7、电解液孔、8、膜支撑结构；9、叉指型流道。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1：

请参阅图1-5，本实用新型提供的一种实施例：一种全钒液流电池单电池结构，包括依次叠合的复合端板1、电极3、电解液框4和离子导电膜5，复合端板1、电极3和电解液框4以离子导电膜5为中心在离子导电膜5的两侧由外至内依次对称分布；

请参阅图1，复合端板1包括端板和集流体101，集流体101设置在端板的内部，集流体101的一端延伸至端板的顶部，集流体101可以优选为铜箔或铝箔的金属箔，本实施例中集流体101优选为铜板；复合端板1的端板靠近电极3的一侧设置导电疏水层102，导电疏水层102贴合在端板靠近电极3一侧的端面上，导电疏水层102优选为聚吡咯导电薄膜，复合端板1设置导电疏水层102的一面与电解液框4相对，导电疏水层102用于减少电解液和集流体101接触的可能，保护集流体101不被电解液腐蚀。

复合端板1上设置电极槽301和垫圈槽201，电极槽301和垫圈槽201设置在复合端板1的导电疏水层102上靠近电解液框4的一侧，如图1所示，复合端板1中间的矩形为电极槽301，所示的电极槽301为复合端板1的端板和导电疏水层102靠近电极3的一侧凹陷形成的腔体结构，用来固定电极3，电极3嵌入在电极槽301内部，电极3整体嵌套在复合端板1的侧部；与电极槽301的结构相同，复合端板1的端板和导电疏水层102靠近电极3的一侧还有向内凹陷形成的垫圈槽201，垫圈槽201环绕在电极槽301的外圈，垫圈槽201内设置垫圈2，垫圈2嵌入在复合端板1的侧部，垫圈2的表面设置为波纹或者半球形空穴，本实施例中垫圈2上采用如图2中A部局部放大图所示的半球形空穴，垫圈2上的半球形空穴结构用来增强复合端板1与电解液框4壁面之间的配合，提高电池整体结构的密封性，垫圈2整体采用聚四氟乙烯材料；电极3为梯度电极，电极3靠近电解液框4一侧设置为具有亲水性，靠近复合端板1一侧设置为具有疏水性，本领域技术人员可以通过对碳毡表面的碳-碳键进行改性，从而改变碳毡电极的亲水性，具体方法为本行业现有技术，在此不做赘述，本实例中，电极3采用厚碳毡，电极3厚度为5mm。

请参阅图3和图4，电解液框4的框体靠近电极3的一侧设置为电极支撑结构6，电解液框4的框体靠近离子导电膜5的一侧设置为膜支撑结构8，电极支撑结构6和膜支撑结构8均为横肋和纵肋形成的网格结构，电极支撑结构6和膜支撑结构8用来支撑电极3和离子导电膜5以形成供给电解液流动的空腔，电极支撑结构6和膜支撑结构8形成的空腔内设置电解液流道，本实施例电解液流道为平行流道结构，电解液框4框体对称的两侧开设电解液孔7，电解液孔包括进液孔和出液孔，进液孔和出液孔在电解液框4框体的两侧上下错位分布，即进液孔和出液孔呈对角分布在电解液框4的框体侧部，电解液框4中电解液流道在进液孔和出液孔处通过法兰扣与外部电解液泵连通；将现有电池结构中石墨板流道改为设置平行电解液流道的电解液框4，能使电解液更加均匀和一致性的分布在电极表面一侧的反应区，减小了电池通液时的内压，电解液仅在电极反应区一侧流动有利于离子导电膜两侧电荷转移，即有利于电化学反应的进行，同时集流体设置于复合端板内，集流体位于电极反应区的另一侧进行导电，因此本实用新型单电池结构更适用于测试梯度电极。

如图5所示的全钒液流电池单电池的组装结构，电池整体呈对称结构，从左到右依次是复合端板1、垫圈2、电极3、电解液框4、离子导电膜5、电解液框4、电极3、垫圈2和复合端板1，垫圈2和电极3以及集流体101都设置在复合端板1面板上，简化电池结构，复合端板1设置电极3的一侧与电解液框4面对面相对装配，复合端板1靠近电解液框4的四个角的位置上设置定位孔，电解液框4与复合端板1相对的面在四个角相应位置也设置四个定位孔，装配时，通过定位孔使得复合端板1和电解液框4进行准确定位并装配，复合端板1和电解液框4在装配后形成的电极空腔用来控制电极3的梯度压缩比例。

本实用新型复合端板1的厚度为3-5mm，电解液框4的厚度为3-5mm，电极3厚度为3-5mm。本实施例中复合端板1的厚度为5mm，长宽为50mm*40mm，其中电极槽301深度1mm，垫圈槽201宽3mm深1mm，电解液框4的厚度为5mm，电极3厚度为5mm。

实施例2：

基于实施例1，请结合图6所示，本实用新型提供第二种实施例：

一种全钒液流电池单电池结构，包括复合端板1、电极3、电解液框4和离子导电膜5，复合端板1、电极3和电解液框4在离子导电膜5的两侧由外至内依次对称分布；电池整体呈对称结构，从左到右依次是复合端板1、垫圈2、电极3、电解液框4、离子导电膜5、电解液框4、电极3、垫圈2和复合端板1，垫圈2和电极3以及集流体101都设置在复合端板1面板上，简化电池结构，装配时，复合端板1设置电极3的一侧与电解液框4面对面相对装配，复合端板1和电解液框4在装配后形成的电极3空腔可以用来控制电极3的梯度压缩比例。

本实施例与实施例1的区别在于：参见图6，电解液框4在框体内设置有叉指型流道9，该叉指型流道结构具有强制对流的特性，使电解液更加均匀和一致性的分布在电极表面一侧的反应区，进而使电极表面的电化学反应更为充分。

本实例中，复合端板1和电解液框4厚度均为3mm，复合端板1长宽为60mm*60mm，其中电极槽301深1mm，垫圈槽201宽3mm深1mm，电极3厚度3mm，电极3采用3mm厚碳毡。

实施例3：

基于实施例2，本实用新型提供第三种实施例：

本实施例与实施例2的区别在于：本实例中，复合端板1和电解液框4厚度均为3mm，复合端板1长宽为90mm*60mm，其中电极槽301深1mm，垫圈槽201宽3mm深1mm，电极3采用厚度5mm厚碳毡。

综上所述，本实用新型设计的全钒液流电池单电池结构，将端板、集流体和垫圈多个结构集成为一体的复合端板，简化了电池结构，提高了电池整体结构的密封性；复合端板靠近电极的一侧设置导电疏水层，减少电解液和集流体接触的可能，保护集流体不被腐蚀；将现有电池结构中石墨板流道改为电解液框，电解液框设置电极支撑结构、膜支撑结构和电解液流道，减小了通液时电池的内压，电解液从电极的一侧流动更有利于离子导电膜两侧电荷转移，更适用于梯度电极的测试。

Claims (10)

1.一种全钒液流电池单电池结构，其特征在于：包括依次叠合的复合端板(1)、电极(3)、电解液框(4)和离子导电膜(5)，所述复合端板(1)、电极(3)和电解液框(4)以离子导电膜(5)为中心在离子导电膜(5)的两侧由外至内依次对称分布。

2.根据权利要求1所述的全钒液流电池单电池结构，其特征在于：所述复合端板(1)包括端板和集流体(101)，所述集流体(101)设置在端板的内部，所述集流体(101)的一端延伸至端板的顶部。

3.根据权利要求2所述的全钒液流电池单电池结构，其特征在于：所述复合端板(1)还包括导电疏水层(102)，所述导电疏水层(102)贴合在端板靠近电极(3)一侧的端面上。

4.根据权利要求3所述的全钒液流电池单电池结构，其特征在于：所述导电疏水层(102)为聚吡咯导电薄膜。

5.根据权利要求4所述的全钒液流电池单电池结构，其特征在于：所述复合端板(1)的端板和导电疏水层(102)靠近电极(3)的一侧凹陷形成电极槽(301)，所述电极(3)嵌入电极槽(301)内部。

6.根据权利要求5所述的全钒液流电池单电池结构，其特征在于：所述复合端板(1)靠近电极(3)的一侧还设置有垫圈(2)，所述垫圈(2)贴合在导电疏水层(102)靠近电极(3)的一侧，所述垫圈(2)环绕在电极槽(301)的外圈。

7.根据权利要求6所述的全钒液流电池单电池结构，其特征在于：所述垫圈(2)的表面设置波纹或者半球形空穴。

8.根据权利要求1-7任一项所述的全钒液流电池单电池结构，其特征在于：所述电解液框(4)靠近电极(3)的一侧为电极支撑结构(6)，所述电解液框(4)靠近离子导电膜(5)的一侧为膜支撑结构(8)，所述电极支撑结构(6)和膜支撑结构(8)之间形成空腔，所述空腔内设置电解液流道，所述电解液流道与外部连通。

9.根据权利要求8所述的全钒液流电池单电池结构，其特征在于：所述电解液框(4)框体的侧部开设电解液孔(7)，所述电解液孔(7)包括进液孔和出液孔，所述进液孔和出液孔在电解液框(4)框体的两侧上下错位分布，所述电解液流道通过进液孔和出液孔与外部连通。

10.根据权利要求9所述的全钒液流电池单电池结构，其特征在于：所述复合端板(1)的厚度为3-5mm，所述电解液框(4)的厚度为3-5mm，所述电极(3)厚度为3-5mm。

Images