TWM588892U

TWM588892U - 薄型雙極板結構

Info

Publication number: TWM588892U
Application number: TW108206799U
Authority: TW
Inventors: 何永貴; 陳清祥
Original assignee: 盛英股份有限公司
Priority date: 2019-05-29
Filing date: 2019-05-29
Publication date: 2020-01-01

Abstract

本新型在於提供一種相對薄化、抗拉及抗彎能力強、穿板電阻低的薄型雙極板結構。其技術手段：為一種薄型雙極板結構，能配合液流儲能電池應用，所述雙極板結構，其包括有一導電極板、以及一絕緣外框板；所述絕緣外框板，其設置於該導電極板外圍，並將該導電極板邊緣包覆，其特徵在於：所述導電極板，其具有至少一由耐酸蝕且絕緣之連續纖維以經緯編織而成的網狀結構體、及一包覆於該網狀結構體外的導電材體。

Description

薄型雙極板結構

本新型涉及一種能配合液流儲能電池應用的雙極板結構，尤指一種薄型雙極板結構。

液流儲能電池[英語：Flow battery]，是一種蓄電池，在技術上，既是燃料電池又是電化電池[電化學可逆性]，在整個系統中，通常包含兩個容器，其中分別儲存著不同的液體狀化學溶劑，形成兩個次系統。

這兩個次系統間的連接部份，就是發電區，以薄膜隔開，這兩種化學溶劑，由它們所在容器，流動到發電區，隔著薄膜，產生離子交換，透過這種方式來進行放電或儲電。

如第1圖所示，液流儲能電池(200)能配合綠能發電來應用，加上負載(90)之後，實際運作時還要配合呈左右對稱狀設置的兩電解液槽(10)及兩循環泵浦(20)，整體而言，在先天上就優於傳統充電電池，不但方便規模化、使用壽命更長、安全性更好，相對於當前最熱門的鋰離子電池，面對其所忌諱的大電流、過充及過放，毫無壓力，無起火爆炸可能，經過多年的發展，已經是一種比較成熟的儲能技術。

液流儲能電池(200)就如第2圖所示，處於單電池狀況下時，則是包括有兩流道外框板(30)、兩電極(40)、兩集電板(50)、兩端板(60)、兩雙極板(70)、以及一設於該雙極板(70)間的交換膜(80)。

本業者針對傳統液流儲能電池的雙極板(70)部分，為了解決其整體強度較差、翹曲度及變形量較大的問題，提出如第3圖至第5圖所示的專利文獻1，其中所揭示一種複合雙極板結構，能配合液流儲能電池(200)應用，其特徵在於；所述複合雙極板結構(a)，其包括有一導電極板(a1)；以及一通過加熱加壓製程，將熱固型高分子絕緣材料體、直裝模鑄包覆於該導電極板(a1)外圍而所形成的絕緣流道外框板(a2)。

如第6圖所示，為專利文獻1所揭示之複合雙極板結構(a)，應用在液流儲能電池(200)中的電池組件(A)上的示意圖，電池組件(A)主要包括有設於該複合雙極板結構(a)間的交換部(A1)、設於該複合雙極板結構(a)一側的第一電極部(A2)、以及設於該複合雙極板結構(a)另一側的第二電極部(A3)，交換部(A1)對應設有相應該複合雙極板結構(a)數量的質子交換膜(A11)、左碳氈電極(A12)、右碳氈電極(A13)及密封圈(A14)，第一電極部(A2)設有依序設置的第一端板(A21)、第一隔板(A22)、第一集電板(A23)、及第一密封圈(A24)，第二電極部(A3)設有依序設置的第二端板(A31)、第二隔板(A32)、第二集電板(A33)、及第二密封圈(A34)。

專利文獻1所揭示之複合雙極板結構(a)，會配合有無流道、氣密性、導電性及結構強度等設計考量的不同，而設置不同的板厚度，常見的範圍約為0.5~10mm，在功能及性能達標的前題下，極板厚度與體積縮小的程度還不夠。

還有，除採用碳質與石墨質作為間隔電池及導電的主材料，另為加強板材結構，碳質纖維或奈米碳管也常被作為補強材料，然為確保混料加工性及均勻性，這些纖維的僅能適量添加，因此雙極板的抗裂性仍差。

另一方面，即使具優異導電性的金屬材料，也都皆有內電阻值，而具耐酸能力的碳質，或石墨質等導電材，需混以黏劑或熱壓、或射出而成型的雙極板，則其內電阻值百千倍於習知導電金屬材，會影響電池充電與放電時的電壓效率。

有鑑於此，如何提供一種能解決前述問題的薄型雙極板結構，便成為本新型欲改進的課題。

專利文獻1：國內專利公告M554642號「複合雙極板結構」，西元2018年01月21日公告。

本新型目的在於提供一種相對薄化、抗拉及抗彎能力強、穿板電阻低的薄型雙極板結構。

為解決上述問題及達到本新型的目的，本新型的技術手段是這樣實現的，為一種薄型雙極板結構，能配合液流儲能電池(200)應用，所述雙極板結構(100)，其包括有一導電極板(1)、以及一絕緣外框板(2)；所述絕緣外框板(2)，其設置於該導電極板(1)外圍，並將該導電極板(1)邊緣包覆，其特徵在於：所述導電極板(1)，其具有至少一由耐酸蝕且絕緣之連續纖維以經緯編織而成的網狀結構體(11)、及一包覆於該網狀結構體(11)外的導電材體(12)。

更優選的是，所述絕緣外框板(2)，其通過加熱加壓製程，將熱固型高分子絕緣材料體、直裝模鑄包覆於該導電極板(1)外圍而成形。

更優選的是，所述熱固型高分子絕緣材料體，其是為熱固型高分子環氧樹脂體；所述導電材體(12)，其還至少包含有碳粉、石墨粉、碳質纖維、奈米碳管其中之一者或其組合。

更優選的是，所述導電極板(1)，其還具有一第一導電面(13)、及一第二導電面(14)；所述第一導電面(13)處，其還設有呈交錯狀的一第一上導流槽部(131)、及一第一下導流槽部(132)，另該第一上導流槽部(131)於該第一導電面(13)頂端、該第一下導流槽部(132)位於該第一導電面(13)底端；所述第二導電面(14)處，其還設有呈交錯狀的一第二上導流槽部(141)、及一第二下導流槽部(142)，另該第二上導流槽部(141)於該第二導電面(14)頂端、該第二下導流槽部(142)位於該第二導電面(14)底端；所述絕緣外框板(2)，其還具有一第一表面(21)、及一第二表面(22)；所述第一表面(21)處，其還設有一位於頂端並與該第一上導流槽部(131)連通的第一上流道(211)、及一位於底端並與該第一下導流槽部(132)連通的第一下流道(212)；所述第二表面(22)處，其還設有一位於頂端並與該第二上導流槽部(141)連通的第二上流道(221)、及一位於底端並與該第二下導流槽部(142)連通的第二下流道(222)。

更優選的是，所述絕緣外框板(2)，其邊緣處還設有數個定位孔(23)。

與現有技術相比，本新型的效果如下所示：本新型雙極板結構(100)，由導電極板(1)及絕緣外框板(2)配合構成，而導電極板(1)具有網狀結構體(11)及導電材體(12)，通過網狀結構體(11)的應用，讓雙極板結構(100)能相對地薄化，還能防止導電極板(1)因溫度的起伏變化，而發生龜裂的問題，並強化抗拉及抗彎的能力，同時因為薄化，讓穿板電阻降低，對於降低損耗亦有極大助益。

1‧‧‧導電極板

11‧‧‧網狀結構體

12‧‧‧導電材體

13‧‧‧第一導電面

131‧‧‧第一上導流槽部

132‧‧‧第一下導流槽部

14‧‧‧第二導電面

141‧‧‧第二上導流槽部

142‧‧‧第二下導流槽部

2‧‧‧絕緣外框板

21‧‧‧第一表面

211‧‧‧第一上流道

212‧‧‧第一下流道

22‧‧‧第二表面

221‧‧‧第二上流道

222‧‧‧第二下流道

23‧‧‧定位孔

10‧‧‧電解液槽

20‧‧‧循環泵浦

30‧‧‧流道外框板

40‧‧‧電極

50‧‧‧集電板

60‧‧‧端板

70‧‧‧雙極板

80‧‧‧交換膜

90‧‧‧負載

100‧‧‧雙極板結構

200‧‧‧液流儲能電池

a‧‧‧複合雙極板結構

a1‧‧‧導電極板

a2‧‧‧絕緣流道外框板

A‧‧‧電池組件

A1‧‧‧交換部

A11‧‧‧質子交換膜

A12‧‧‧左碳氈電極

A13‧‧‧右碳氈電極

A14‧‧‧密封圈

A2‧‧‧第一電極部

A21‧‧‧第一端板

A22‧‧‧第一隔板

A23‧‧‧第一集電板

A24‧‧‧第一密封圈

A3‧‧‧第二電極部

A31‧‧‧第二端板

A32‧‧‧第二隔板

A33‧‧‧第二集電板

A34‧‧‧第二密封圈

H1、H2‧‧‧厚度

第1圖：液流儲能電池的原理示意圖。

第2圖：液流儲能電池之電池組件以單電池實施時的立體分解示意圖。

第3圖：複合雙極板的立體示意圖。

第4圖：複合雙極板的概念部分剖面示意圖。

第5圖：複合雙極板的概念部分立體剖面示意圖。

第6圖：複合雙極板應用於電池組件上的立體分解架構示意圖。

第7圖：本新型的立體示意圖。

第8圖：本新型另一視角的立體示意圖。

第9圖：本新型薄型雙極板的概念部分剖面示意圖。

第10圖：本新型薄型雙極板的概念部分立體剖面示意圖。

以下依據圖面所示的實施例詳細說明如後：如第7圖至第10圖所示，圖中揭示出，為一種薄型雙極板結構，能配合液流儲能電池(200)應用，所述雙極板結構(100)，其包括有一導電極板(1)、以及一絕緣外框板(2)；所述絕緣外框板(2)，其設置於該導電極板(1)外圍，並將該導電極板(1)邊緣包覆，其特徵在於：所述導電極板(1)，其具有至少一由耐酸蝕且絕緣之連續纖維以經緯編織而成的網狀結構體(11)、及一包覆於該網狀結構體(11)外的導電材體(12)。

其中，通過導電極板(1)及絕緣外框板(2)的配合，以導電極板(1)的網狀結構體(11)及導電材體(12)應用，提供一優於傳統雙極板的雙極板結構(100)，網狀結構體(11)可耐受材料的向外拉伸，也可防止導電極板(1)板材熱脹冷縮所產生的龜裂現象，也因為如此，參閱第4圖，複合雙極板結構(a)的厚度(H1)，參閱第9圖，與本新型雙極板結構(100)的厚度(H2)，兩者相互比較之下，本新型雙極板結構(100)即可達到相對薄化的程度，範圍約為0.3~1.0mm。

其次，網狀結構體(11)的設置，讓本新型雙極板結構(100)抗拉及抗彎的能力，遠大於僅以不連續碳質纖維、或是以奈米碳管混入導電材料，作為補強的一般雙極板。

再者，網狀結構體(11)的設置，讓本新型雙極板結構(100)能夠相對薄化，因此穿板電阻低，能縮短電路長度降低內電阻值，以減少電池充電與放電時之電壓效率的下降，對於降低損耗有極大助益。

本新型雙極板結構(100)，能取代專利文獻1所揭示的複合雙極板結構(a)，就如第6圖所示一般，可以配合液流儲能電池(200)應用，兩側分別設置具有質子交換膜(A11)、左碳氈電極(A12)及右碳氈電極(A13)的一交換部(A1)，讓本新型雙極板結構(100)能正常被應用。

上述中，所述絕緣外框板(2)，其通過加熱加壓製程，將熱固型高分子絕緣材料體、直裝模鑄包覆於該導電極板(1)外圍而成形。

其中，絕緣外框板(2)因為加熱加壓製程，能利用高分子材料強大的結合力，使導電極板(1)與絕緣外框板(2)產生無縫接合，如此不用應用複雜的機械結構，也能將電解液完全間隔開來。

其次，熱固型高分子絕緣材料體構成的絕緣外框板(2)，讓導電極板(1)與絕緣外框板(2)二者一體成形後，無鎖固螺栓及防漏密封襯墊等組件的需求，還能省下組裝的工時，利於生產成本的降低。

上述中，所述熱固型高分子絕緣材料體，其是為熱固型高分子環氧樹脂體；所述導電材體(12)，其還至少包含有碳粉、石墨粉、碳質纖維、奈米碳管其中之一者或其組合。

其中，應用熱固型高分子環氧樹脂體，是因為此種材料體剛性較強，能順利地與導電極板(1)一體模鑄成形，讓板面非常平整，降低翹曲度。

請參閱第7圖和第8圖，所述導電極板(1)，其還具有一第一導電面(13)、及一第二導電面(14)；所述第一導電面(13)處，其還設有呈交錯狀的一第一上導流槽部(131)、及一第一下導流槽部(132)，另該第一上導流槽部(131)於該第一導電面(13)頂端、該第一下導流槽部(132)位於該第一導電面(13)底端；所述第二導電面(14)處，其還設有呈交錯狀的一第二上導流槽部(141)、及一第二下導流槽部(142)，另該第二上導流槽部(141)於該第二導電面(14)頂端、該第二下導流槽部(142)位於該第二導電面(14)底端；所述絕緣外框板(2)，其還具有一第一表面(21)、及一第二表面(22)；所述第一表面(21)處，其還設有一位於頂端並與該第一上導流槽部(131)連通的第一上流道(211)、及一位於底端並與該第一下導流槽部(132)連通的第一下流道(212)；所述第二表面(22)處，其還設有一位於頂端並與該第二上導流槽部(141)連通的第二上流道(221)、及一位於底端並與該第二下導流槽部(142)連通的第二下流道(222)。

其中，通過此種設置，利用第一上導流槽部(131)配合第一上流道(211)、第一下導流槽部(132)配合第一下流道(212)、第二上導流槽部(141)配合第二上流道(221)、第二下導流槽部(142)配合第二下流道(222)，讓電解液能順利地被引導至定位，以快速地進行發電，有利於提高發電效率。

請參閱第7圖和第8圖，所述絕緣外框板(2)，其邊緣處還設有數個定位孔(23)。

其中，受到本新型中絕緣外框板(2)一體式結構的影響，能通過此種設置方式，快速定位本新型複合雙極板結構(100)，而不用擔心會發生變形等問題。

以上依據圖式所示的實施例詳細說明本新型的構造、特徵及作用效果；惟以上所述僅為本新型之較佳實施例，但本新型不以圖面所示限定實施範圍，因此舉凡與本新型意旨相符的修飾性變化，只要在均等效果的範圍內都應涵屬於本新型專利範圍內。