CN220272518U - 一种全钒液流电池电极框结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于液流电池储能技术领域，尤其是一种全钒液流电池电极框结构，其包括电极框，所述电极框为矩形平板结构，电极框的靠近四角的边缘处均设置有通孔，四处通孔分别作为电解液进口通孔和电解液出口通孔；电极框的矩形平板的中部设置有一个镂空的、可容置多孔电极的矩形中部通孔；电极框的一侧表面上设置有电解液进口主流道和电解液出口主流道，电解液进口主流道和电解液出口主流道靠近电极框的上、下二条边。本实用新型中电极框材料选用PVC聚氯乙烯，易于加工，电解液进出口副流道分布于电极框的另外两边，电解液进出口副流道分别在电极框承蛇形分布，极大地增长了电解液的流动路径，增加了电池内部流阻。
Description
技术领域
本实用新型涉及液流电池储能技术领域，尤其涉及一种全钒液流电池电极框结构。
背景技术
全钒液流电池是一种高效率、高稳定性、长使用寿命的液流电池储能技术，主要应用于电网调峰、风能和太阳能等可再生能源发电等领域。随着人们对于储能需求量的增大，提升全钒液流电池的功率密度以及稳定性是重中之重。
当电堆节数增加后，由于电堆内部公用流道的存在，电堆漏电电流的影响逐渐被放大，导致电堆的库伦效率以及稳定性都有所限制。经研究发现，当把电堆内部流阻增大，或是将电堆内部公用流道延长，可有效抑制漏电电流的影响。因此适当的提升电解液在电堆内部的流阻，可以改善由于电堆放大后带来的漏电电流影响，提升电池库伦效率，延长电池寿命。
现有技术中并没有合适的技术手段提升电解液在电堆内部的流阻，不能增长了电解液的流动路径，影响使用寿命。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决现有技术中并没有合适的技术手段提升电解液在电堆内部的流阻，不能增长了电解液的流动路径，影响使用寿命的缺点，而提出的一种全钒液流电池电极框结构。
为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
一种全钒液流电池电极框结构，包括电极框，所述电极框为矩形平板结构，电极框的靠近四角的边缘处均设置有通孔，四处通孔分别作为电解液进口通孔和电解液出口通孔；电极框的矩形平板的中部设置有一个镂空的、可容置多孔电极的矩形中部通孔；电极框的一侧表面上设置有电解液进口主流道和电解液出口主流道，电解液进口主流道和电解液出口主流道靠近电极框的上、下二条边，电解液进口主流道与电解液进口通孔相连通，电解液出口主流道和电解液出口通孔相连通。
优选的，所述电极框的另外两条边的表面分别设有电解液进口副流道和电解液出口副流道，电解液进口副流道与电解液进口主流道相连通，电解液出口副流道与电解液出口主流道相连通。
优选的，所述电极框靠近矩形中部通孔的上、下二条边的表面分别设有电解液进口分配流道和电解液出口分配流道，电解液进口分配流道和电解液出口分配流道分别与矩形中部通孔相连通。
优选的，所述电解液出口通孔位于电极框的左上方，电解液出口主流道为上升楔形流道，流道上升角为5度-15度；所述电解液出口副流道为蛇形流道排列，流道转角为180度-540度。
优选的，所述电解液进口通孔位于电极框的右下方，电解液进口主流道为上升楔形流道，流道上升角为5度-15度；电解液进口副流道为蛇形流道排列，流道转角为180度-540度。
优选的，所述电解液进口分配流道和电解液出口分配流道均设有电解液分液口，电解液分液口将矩形中部通孔与电解液进口分配流道和电解液出口分配流道相连通，所述电解液进口分配流道和电解液出口分配流道的分液口数量设置为5-12个，分液口的宽度设置为3-8mm。
优选的，所述电极框料选用PVC聚氯乙烯。
优选的，所述电解液进口主流道和电解液出口主流道上分别设置有流道底部和流道上升角区间。
本实用新型中，所述一种全钒液流电池电极框结构的有益效果：
本实用新型中电解液进、出口流道由主流道、副流道以及分配流道三部分构成，其中主流道为上升楔形流道，流道的横截面积随着电解液的流向逐渐减小，在保证电堆每一节流量均匀分配的前提下，电解液在电极框流道中流阻逐渐增大。电解液副流道为蛇形流道排列，进一步延长了电解液流通路径的长度，进一步增加了电解液流阻，减小漏电电流效应。本实用新型提供的电极框结构，在提升电解液在电极框流道中的流阻的同时，并不影响电解液在多孔电极内进行的电化学反应，因此可以有效的抑制漏电电流的影响，提升电池性能；
本实用新型中电极框材料选用PVC聚氯乙烯，易于加工。电解液进出口主流道分布于电极框的上下两边，电解液进出口副流道分布于电极框的另外两边，电解液进出口副流道分别在电极框承蛇形分布，极大地增长了电解液的流动路径，增加了电池内部流阻；另外，电解液进出口主流道自电解液进出口至副流道方向为上升楔形流道设置，进一步地增大了电解液在电极框内部的流动阻力。
附图说明
图1为本实用新型提出的对比例中传统的电极框结构结构示意图；
图2为本实用新型提出的电极框结构示意图；
图3为本实用新型提出的电解液主流道楔形流道示意图。
图中：1、电解液出口通孔；2、电解液进口通孔；3、电解液出口主流道；4、电解液进口主流道；5、电解液出口副流道；6、电解液进口副流道；7、电解液出口分配流道；8、电解液进口分配流道；9、矩形中部通孔；10、流道上升角区间；11、流道底部。
具体实施方式
下面将结合本实施例中的附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。
对比例
参考图1，全钒液流电池的传统电极框结构如图1所示。于电极框靠近四角的边缘处分别设置通孔，四处通孔分别作为电解液进口通孔12和电解液出口通孔18；于矩形平板的中部设置有一个镂空的、可容置多孔电极的中部通孔17；于电极框一侧表面上，靠近矩形平板的上下二条边上分别设有电解液进口主流道14和电解液出口主流道13，电解液进口主流道14与电解液进口通孔12相连通，电解液出口主流道13与电解液出口通孔18相连通。于靠近矩形平板中部通孔的上下二条边上设有电解液出口分配流道15、电解液进口分配流道16，电解液进口分配流道16和电解液进口主流道14相连通，电解液出口分配流道15和电解液出口主流道13相连通。电解液经由电解液进口通孔，通过电解液进口主流道14流至电解液进口分配流道16，通过分液口流入多孔电极区域。电解液在多孔电极区域反应后，经由电解液出口分配流道15经电解液出口主流道13流至电解液出口通孔，从而流出电极框。电解液进、出口流道截面宽均为8mm。框体材料为PVC。
图1中，12、电解液进口通孔，13、电解液出口主流道，14、电解液进口主流道，15、电解液出口分配流道，16、电解液进口分配流道，17、中部通孔，18、电解液出口通孔。
电堆节数：10节；
电流密度：80mA/cm2，充电截止电压：15.5V，放电截止电压：10V；
电堆充放电库伦效率97.2％，电压效率85.3％，能量效率82.9％。
实施例一
参考图2-3，一种全钒液流电池电极框结构，包括电极框12，所述电极框12为矩形平板结构，电极框12的靠近四角的边缘处均设置有通孔，四处通孔分别作为电解液进口通孔2和电解液出口通孔1；电极框12的矩形平板的中部设置有一个镂空的、可容置多孔电极的矩形中部通孔9；电极框12的一侧表面上设置有电解液进口主流道4和电解液出口主流道3，电解液进口主流道4和电解液出口主流道3靠近电极框12的上、下二条边，电解液进口主流道4与电解液进口通孔2相连通，电解液出口主流道3和电解液出口通孔1相连通。
本实施例中，电极框12的另外两条边的表面分别设有电解液进口副流道6和电解液出口副流道5，电解液进口副流道6与电解液进口主流道4相连通，电解液出口副流道5与电解液出口主流道3相连通。
本实施例中，电极框12靠近矩形中部通孔9的上、下二条边的表面分别设有电解液进口分配流道8和电解液出口分配流道7，电解液进口分配流道8和电解液出口分配流道7分别与矩形中部通孔9相连通。
本实施例中，电解液出口通孔1位于电极框12的左上方，电解液出口主流道3为上升楔形流道，流道上升角为10度；所述电解液出口副流道5为蛇形流道排列，流道转角为180度。
本实施例中，电解液进口通孔2位于电极框12的右下方，电解液进口主流道4为上升楔形流道，流道上升角为10度；电解液进口副流道6为蛇形流道排列，流道转角为180度。
本实施例中，电解液进口分配流道8和电解液出口分配流道7均设有电解液分液口，电解液分液口将矩形中部通孔9与电解液进口分配流道8和电解液出口分配流道7相连通，所述电解液进口分配流道8和电解液出口分配流道7的分液口数量设置为8个，分液口的宽度设置为6mm。
本实施例中，电极框12料选用PVC聚氯乙烯。
本实施例中，电解液进口主流道4和电解液出口主流道3上分别设置有流道底部11和流道上升角区间10。
电堆节数：10节；
电流密度：80mA/cm2，充电截止电压：15.5V，放电截止电压：10V；
电堆充放电库伦效率98.9％，电压效率88.2％，能量效率88.6％。
实施例二
参考图2-3，一种全钒液流电池电极框结构，包括电极框12，所述电极框12为矩形平板结构，电极框12的靠近四角的边缘处均设置有通孔，四处通孔分别作为电解液进口通孔2和电解液出口通孔1；电极框12的矩形平板的中部设置有一个镂空的、可容置多孔电极的矩形中部通孔9；电极框12的一侧表面上设置有电解液进口主流道4和电解液出口主流道3，电解液进口主流道4和电解液出口主流道3靠近电极框12的上、下二条边，电解液进口主流道4与电解液进口通孔2相连通，电解液出口主流道3和电解液出口通孔1相连通。
本实施例中，电极框12的另外两条边的表面分别设有电解液进口副流道6和电解液出口副流道5，电解液进口副流道6与电解液进口主流道4相连通，电解液出口副流道5与电解液出口主流道3相连通。
本实施例中，电极框12靠近矩形中部通孔9的上、下二条边的表面分别设有电解液进口分配流道8和电解液出口分配流道7，电解液进口分配流道8和电解液出口分配流道7分别与矩形中部通孔9相连通。
本实施例中，电解液出口通孔1位于电极框12的左上方，电解液出口主流道3为上升楔形流道，流道上升角为12度；所述电解液出口副流道5为蛇形流道排列，流道转角为540度。
本实施例中，电解液进口通孔2位于电极框12的右下方，电解液进口主流道4为上升楔形流道，流道上升角为12度；电解液进口副流道6为蛇形流道排列，流道转角为540度。
本实施例中，电解液进口分配流道8和电解液出口分配流道7均设有电解液分液口，电解液分液口将矩形中部通孔9与电解液进口分配流道8和电解液出口分配流道7相连通，所述电解液进口分配流道8和电解液出口分配流道7的分液口数量设置为6个，分液口的宽度设置为4mm。
本实施例中，电极框12料选用PVC聚氯乙烯。
本实施例中，电解液进口主流道4和电解液出口主流道3上分别设置有流道底部11和流道上升角区间10。
电堆节数：10节；
电流密度：80mA/cm2，充电截止电压：15.5V，放电截止电压：10V；
电堆充放电库伦效率99.3％，电压效率88.9％，能量效率88.3％；
表1：电池性能对比
| 电堆序号 | 库伦效率％ | 电压效率％ | 能量效率％ |
| 对比例 | 97.2 | 85.3 | 82.9 |
| 实施例1 | 98.9 | 88.2 | 87.2 |
| 实施例2 | 99.3 | 88.9 | 88.3 |
综上，通过电池性能对比可以看出，采用本实用新型的电极框，由于电解液主流道采用楔形流道设置，电解液流通路径的截面面积逐渐减小，并且电解液流道增设了电解液副流道，电解液流通路径正常，电解液流阻增大，有效的抑制了漏电电流的影响，因此电堆的库伦效率相比于采用传统结构的电极框有了显著的提升。相比于实施例1，实施例2中的楔形流道上升角进一步增大，并且电解液副流道的弯折角度进一步提升，因此电解液流阻进一步增大，电堆的库伦效率进一步提升。
以上所述，仅为本实施例较佳的具体实施方式，但本实施例的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实施例揭露的技术范围内，根据本实施例的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实施例的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种全钒液流电池电极框结构，包括电极框(12)，其特征在于，所述电极框(12)为矩形平板结构，电极框(12)的靠近四角的边缘处均设置有通孔，四处通孔分别作为电解液进口通孔(2)和电解液出口通孔(1)；电极框(12)的矩形平板的中部设置有一个镂空的、可容置多孔电极的矩形中部通孔(9)；电极框(12)的一侧表面上设置有电解液进口主流道(4)和电解液出口主流道(3)，电解液进口主流道(4)和电解液出口主流道(3)靠近电极框(12)的上、下二条边，电解液进口主流道(4)与电解液进口通孔(2)相连通，电解液出口主流道(3)和电解液出口通孔(1)相连通。
2.根据权利要求1所述的一种全钒液流电池电极框结构，其特征在于，所述电极框(12)的另外两条边的表面分别设有电解液进口副流道(6)和电解液出口副流道(5)，电解液进口副流道(6)与电解液进口主流道(4)相连通，电解液出口副流道(5)与电解液出口主流道(3)相连通。
3.根据权利要求1所述的一种全钒液流电池电极框结构，其特征在于，所述电极框(12)靠近矩形中部通孔(9)的上、下二条边的表面分别设有电解液进口分配流道(8)和电解液出口分配流道(7)，电解液进口分配流道(8)和电解液出口分配流道(7)分别与矩形中部通孔(9)相连通。
4.根据权利要求2所述的一种全钒液流电池电极框结构，其特征在于，所述电解液出口通孔(1)位于电极框(12)的左上方，电解液出口主流道(3)为上升楔形流道，流道上升角为5度-15度；所述电解液出口副流道(5)为蛇形流道排列，流道转角为180度-540度。
5.根据权利要求1所述的一种全钒液流电池电极框结构，其特征在于，所述电解液进口通孔(2)位于电极框(12)的右下方，电解液进口主流道(4)为上升楔形流道，流道上升角为5度-15度；电解液进口副流道(6)为蛇形流道排列，流道转角为180度-540度。
6.根据权利要求3所述的一种全钒液流电池电极框结构，其特征在于，所述电解液进口分配流道(8)和电解液出口分配流道(7)均设有电解液分液口，电解液分液口将矩形中部通孔(9)与电解液进口分配流道(8)和电解液出口分配流道(7)相连通。
7.根据权利要求3所述的一种全钒液流电池电极框结构，其特征在于，所述电解液进口分配流道(8)和电解液出口分配流道(7)的分液口数量设置为5-12个，分液口的宽度设置为3-8mm。
8.根据权利要求1所述的一种全钒液流电池电极框结构，其特征在于，所述电极框(12)料选用PVC聚氯乙烯。
9.根据权利要求1所述的一种全钒液流电池电极框结构，其特征在于，所述电解液进口主流道(4)上设置有流道底部(11)，电解液出口主流道(3)设置有流道上升角区间(10)。
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