TWM511129U - 液流燃料電池之導流結構 - Google Patents

Description

液流燃料電池之導流結構

本創作係關於一種液流燃料電池結構，特別是一種液流燃料電池之塑料端板的電解液導流結構。

現今電池技術中，已有利用活性物質呈循環流動電解液進行氧化還原的原理製作出的電池。例如，全釩液流電池(Vanadium Redox Flow Battery，VRB)是一種活性物質呈迴圈流動液態的氧化還原電池。釩電池電能是以化學能的方式存儲在不同價態釩離子的硫酸電解液中，通過外接泵把電解液送入電池堆體內，在機械動力作用下，使其在不同的儲液罐和半電池的閉合回路中迴圈流動，採用質子交換膜作為電池組的隔膜，電解質溶液平行流過電極表面並發生電化學反應，通過雙電極板收集和傳導電流，從而使得儲存在溶液中的化學能轉換成電能。這個可逆的反應過程使釩電池順利完成充電、放電和再充電。

此類電池雖然具有能量密度低的缺點，但具備許多優點，例如，此類電池的輸出功率取決於電池堆的大小，儲能容量取決於電解液儲量和濃度，因此它的設計非常靈活，當輸出功率一定時，要增加儲能容量，只要增大電解液儲存罐的容積或提高電解質濃度即可達成。此類電池的活性物質存在於液體中，故充放電時無其它電池常有的物相變化，電池使用壽命長。再者，此類電池系統可全自動封閉運行，無污染，維護簡單，操作成本低。

經過多年的研發，釩電池技術已經趨近成熟，且大功率的釩電池儲能系統已投入實用，並全力推進其商業化進程。然而，此 類電池仍存在一些技術上的缺失有待改進。

例如，在釩電池中包括有對應的一對壓板、一對主端板、一對導電板、一對石墨端板、一對塑料端板、一對石墨氈、一對墊片以及夾置在該對墊片之間的一導質子膜。由於電解液具導電性質，為降低液流電池組內部分流電流(Shunt Current)，設計上多採用絕緣抗腐蝕之塑料端板區隔雙極石墨板。塑料端板定義有一反應區供承置該石墨氈。塑料端板上形成有流道結構，以將電解液導入並均勻分佈至石墨氈，並同時改變流道結構調整壓阻，進而減少分流電流影響。流道結構的設計關係到釩電池的充放電效能及使用壽命。

先前技術在產品製作加工時，一般是在塑料端板所定義的流道區域中形成精密尺寸的流道，在加工精密度及技術高度要求方面較高。

緣此，因應例如釩電池等液流燃料電池的良好電解液導流結構需求，本創作主要目的即是提供一種液流燃料電池的導流結構，透過良好的導流結構設計，期使電解液得導入並均勻分佈至石墨氈，進而使液流燃料電池保持良好的充放電效能及使用壽命。

本創作為解決習知技術之問題所採用之技術手段係在液流燃料電池的塑料端板位在次流道與該反應區之間所定義的流道區域中，以定位元件定位蓋覆有一蓋板，該蓋板在對應於該流道區域的一外側平整面扺鄰於墊片，一內側面開設有複數個槽孔，對應於該塑料端板的該次流道；複數個彎折流道連通於該槽孔；複數個流道開口形成在鄰近於塑料端板的反應區。電解液經由該主流道、該潛槽道、該次流道、該蓋板的該槽孔、該彎折流道、該流道開口而導入/導出於該反應區。

較佳地，本創作在塑料端板在鄰近於反應區處開設有複 數個分佈流道。再者，塑料端板之主流道的周圍區域更圍構形成有一密封墊圈。

在效果方面，經由本創作所採用之技術手段提供一良好的電解液導流結構結構設計，可使液流燃料電池保持良好的充放電效能及使用壽命。

再者，在產品製作加工時，由於係以蓋板定位蓋覆在塑料端板的該流道區域，且在蓋板在對應於該流道區域的一外側平整面扺鄰於墊片，一內側面開設有導流結構，故僅需對蓋板進行流道的加工，故在機構加工時極為簡便，可節省大量的人工成本。

本創作所採用的具體技術，將藉由以下之實施例及附呈圖式作進一步之說明。

100‧‧‧液流燃料電池

11‧‧‧壓板

12‧‧‧主端板

121a、121b‧‧‧轉接頭

122a、122b‧‧‧轉接頭

123a、123b、124a、124b‧‧‧導通板

13‧‧‧導電板

14‧‧‧石墨端板

15‧‧‧塑料端板

151a、151b‧‧‧主流道

152a、152b‧‧‧主流道

153‧‧‧第一表面

154‧‧‧第二表面

155‧‧‧反應區

156‧‧‧密封墊圈

157‧‧‧平整面

16‧‧‧石墨氈

17‧‧‧墊片

21‧‧‧壓板

22‧‧‧主端板

223a、223b、224a、224b‧‧‧封板

23‧‧‧導電板

24‧‧‧石墨端板

25‧‧‧塑料端板

251a、251b‧‧‧主流道

252a、252b‧‧‧主流道

253‧‧‧第一表面

254‧‧‧第二表面

255‧‧‧反應區

26‧‧‧石墨氈

27‧‧‧墊片

3‧‧‧導質子膜

4‧‧‧潛槽道

5‧‧‧次流道

51‧‧‧終止底端

6‧‧‧分佈流道

7、7’‧‧‧流道區域

8、8’‧‧‧蓋板

81、81’‧‧‧定位元件

82‧‧‧外側平整面

83‧‧‧內側面

91‧‧‧槽孔

92‧‧‧彎折流道

93‧‧‧流道開口

圖1顯示本創作液流燃料電池的各個組件分離時的立體分解圖。

圖2顯示圖1中塑料端板的前視平面圖。

圖3顯示圖1中塑料端板的前視立體圖。

圖4顯示圖1中塑料端板的後視平面圖。

圖5顯示圖1中塑料端板的後視立體圖。

圖6顯示圖5中A-A斷面的剖視圖。

圖7顯示本創作塑料端板的流道區域結合有一蓋板的立體分解圖。

圖8顯示本創作塑料端板的流道區域結合有一蓋板的立體分解圖。

圖9顯示圖8中B-B斷面的剖視圖。

圖10顯示本創作蓋板的立體分解圖。

圖11顯示本創作蓋板的平面示意圖。

圖12顯示本創作中另一塑料端板的流道區域結合有一蓋板的立體分解圖。

請參閱圖1所示，本創作之液流燃料電池100係包括有左右對應的一對壓板11、21、一對主端板12、22、一對導電板13、23、一對石墨端板14、24、一對塑料端板15、25、一對石墨氈16、26、一對墊片17、27。各個組件以例如螺栓等組立元件(未示)予以組立疊置形成一堆疊電池。

其中，壓板11、主端板12、導電板13、石墨端板14、塑料端板15、石墨氈16、墊片17係作為液流燃料電池100的陽極側組件，而其中壓板21、主端板22、導電板23、石墨端板24、塑料端板25、石墨氈26、墊片27係作為液流燃料電池100的陰極側組件。石墨氈16、26係為多孔洞結構石墨電極(Graphite felt)，可作為液流燃料電池100的電極材料。

在本創作的陽極側方面，主端板12配置有一對轉接頭121a、121b及一對轉接頭122a、122b，可分別供陽極電解液及陰極電解液導入/導出。

塑料端板15設置有一對主流道151a、151b及一對主流道152a、152b，貫通該塑料端板15的第一表面153及第二表面154，並在該塑料端板15的中央區域定義有一反應區155。石墨端板14係對應於該反應區155，且接觸於導電板13。如圖所示，在主流道151a的周圍區域圍構形成有一密封墊圈156。

主流道151a、151b及主流道152a、152b在分別對應於主端板12的轉接頭121a、121b及轉接頭122a、122b之間配置有可供電解液通過的導通板123a、123b及124a、124b。

一導質子膜3係夾置在兩個墊片17、27之間，並在墊 片17與塑料端板15的反應區155之間夾置石墨氈16，故使得石墨氈16與石墨端板14相接觸。兩個墊片17、27之間可利用耐酸蝕的定位柱予以疊合定位。

在本創作的陰極側方面，塑料端板25設置有一對主流道251a、251b及一對主流道252a、252b，貫通該塑料端板25的第一表面253及第二表面254，並在該塑料端板25的中央區域定義有一反應區255。墊片27與塑料端板25之間亦夾置有一石墨氈26。石墨端板24係對應於塑料端板25的反應區255，且接觸於導電板23。

塑料端板25的陽極主流道251a、251b及陰極主流道252a、252b在對應於主端板22之間配置有可阻斷電解液通過的封板223a、223b及224a、224b。

同時參閱圖2~圖6所示，其中圖2及圖3分別顯示圖1中塑料端板15的前視平面圖及前視立體圖，圖4及圖5分別顯示圖1中塑料端板15的後視平面圖及後視立體圖，而圖6顯示圖5中A-A斷面的剖視圖。

如圖所示，本創作的塑料端板15開設有數個主流道151a、151b、152a、152b，以其中一主流道151a的結構為例，主流道151a可用以導入/導出一電解液。

塑料端板15的第一表面153開設有複數個潛槽道4，而在第二表面154開設有複數個次流道5。該複數個潛槽道4係彼此間隔且平行地形成在該塑料端板15之第一表面153一深度，而在該塑料端板15之該第二表面154並位在該主流道151a與該複數個次流道5間的區域形成一平整面157，以利墊片密封。次流道5係對應於該主流道151a且相距一距離，該次流道5由該塑料端板15的該第二表面154深入一預定深度，而形成一終止底端51。

各個該潛槽道4的一端係連通於該主流道151a，而另一 端則向該複數個次流道5的方向延伸一長度而連通於該次流道5的該終止底端51，故在各個潛槽道4與各個對應的次流道5相連通處形成一梯狀錯位連通結構。各個次流道5再連通到開設在鄰近於該反應區155處的複數個分佈流道6。該塑料端板15的該第二表面154位在該次流道5與該反應區155之間係定義為一流道區域7。

同時參閱圖1、7、8、9所示，本創作係將一蓋板8以至少一定位元件81定位蓋覆在該塑料端板15的該流道區域7，以作為液流燃料電池100的電解液導流結構。蓋板8的外側平整面係扺鄰於墊片17(如圖1所示)。蓋板8的在對應於該流道區域7的一內側面開設有複數個槽孔91(同時參閱圖10、11)，當蓋板8受定位元件81定位蓋覆在該塑料端板15的該流道區域7時，該複數個槽孔91係恰對應於該塑料端板15的該次流道151a(如圖9所示)。

再者，蓋板8還包括有複數個彎折流道92及複數個流道開口93，其中該複數個彎折流道92係連通於該槽孔91，而該複數個流道開口93係形成在鄰近於該塑料端板15的該反應區155，並連通於該彎折流道92。較佳地，該流道開口93在相鄰於反應區155處係形成一擴大開口。

藉由該蓋板8所提供的導流結構，使得電解液經由主流道151a、潛槽道4、次流道5、蓋板8的槽孔91、彎折流道92、流道開口93而導入/導出於反應區155。

圖12顯示本創作中另一塑料端板25的流道區域結合有一蓋板的立體分解圖。相同於前述塑料端板15的結構說明，一蓋板8’以至少一定位元件81’定位蓋覆在該塑料端板25的流道區域7’。藉由該蓋板8’所提供的導流結構，以作為液流燃料電池100的電解液導流結構。

在實際的應用中，基於本創作的結構設計可應用在單電 池的流道結構，亦可應用在多電池堆疊結構中。

以上所舉實施例僅係用以說明本創作，並非用以限制本創作之範圍，凡其他未脫離本創作所揭示之精神下而完成的等效修飾或置換，均應包含於後述申請專利範圍內。

15‧‧‧塑料端板

151a‧‧‧主流道

153‧‧‧第一表面

154‧‧‧第二表面

156‧‧‧密封墊圈

157‧‧‧平整面

4‧‧‧潛槽道

5‧‧‧次流道

51‧‧‧終止底端

6‧‧‧分佈流道

7‧‧‧流道區域

8‧‧‧蓋板

82‧‧‧外側平整面

83‧‧‧內側面

91‧‧‧槽孔

92‧‧‧彎折流道

93‧‧‧流道開口

Claims (7)

1. 一種液流燃料電池之導流結構，係在一液流燃料電池中包括：一對墊片以及夾置在該對墊片之間的至少一導質子膜；一對塑料端板，分別位在該墊片兩側，其中每一個該塑料端板具有一第一表面及一第二表面，並定義有一反應區；其中該每一塑料端板包括有一主流道，用以導入/導出一電解液；複數個次流道對應於該主流道且相距一距離；複數個潛槽道連通於該次流道與該主流道之間，在該塑料端板的該第二表面位在該次流道與該反應區之間係定義為一流道區域；其特徵在於該每一塑料端板包括：一蓋板以至少一定位元件定位蓋覆在該塑料端板的該流道區域，該蓋板在對應於該流道區域的一外側平整面扺鄰於該墊片，一內側面開設有：複數個槽孔，對應於該塑料端板的該次流道；複數個彎折流道，連通於該槽孔；複數個流道開口，形成在鄰近於該塑料端板的該反應區，並連通於該彎折流道；該電解液經由該主流道、該潛槽道、該次流道、該蓋板的該槽孔、該彎折流道、該流道開口而導入/導出於該反應區。
2. 如申請專利範圍第1項之液流燃料電池之導流結構，其中該塑料端板的該第一表面在鄰近於該反應區處開設有複數個分佈流道。
3. 如申請專利範圍第1項之液流燃料電池之導流結構，其中該塑料端板之該第二表面並位在該主流道的周圍區域圍構有一密封墊圈。
4. 一種液流燃料電池之導流結構，係在一液流燃料電池中包括：一對墊片以及夾置在該對墊片之間的至少一導質子膜； 一對塑料端板，分別位在該墊片兩側，其中每一個該塑料端板具有一第一表面及一第二表面，並定義有一反應區；其中該每一塑料端板包括有一主流道，用以導入/導出一電解液；複數個次流道對應於該主流道且相距一距離；複數個潛槽道連通於該次流道與該主流道之間，在該塑料端板的該第二表面位在該次流道與該反應區之間係定義為一流道區域；其特徵在於該每一塑料端板包括：一蓋板以至少一定位元件定位蓋覆在該塑料端板的該流道區域，該蓋板在對應於該流道區域的一內側面開設有：複數個槽孔，對應於該塑料端板的該次流道；複數個流道開口，形成在鄰近於該塑料端板的該反應區，並連通於該槽孔；該電解液經由該主流道、該潛槽道、該次流道、該蓋板的該槽孔、該流道開口而導入/導出於該反應區。
5. 如申請專利範圍第4項之液流燃料電池之導流結構，其中該蓋板的該內側面形成有複數個彎折流道，該彎折流道係連通於該槽孔與該流道開口之間。
6. 如申請專利範圍第4項之液流燃料電池之導流結構，其中該塑料端板的該第一表面在鄰近於該反應區處開設有複數個分佈流道。
7. 如申請專利範圍第4項之液流燃料電池之導流結構，其中該塑料端板之該第二表面並位在該主流道的周圍區域圍構有一密封墊圈。