專利名稱：氧化還原液流電池的電堆結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電堆結(jié)構(gòu)，具體涉及一種通過(guò)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行電能儲(chǔ)存的氧化還原液流
電池的電堆結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前，液流儲(chǔ)能電池是一類(lèi)適合大規(guī)模蓄電的裝置，由多個(gè)單電池串聯(lián)形成的電
池堆，每個(gè)單電池包括順序布置的正極密封框、位于正極密封框內(nèi)的集流板、正極電極、離
子交換膜、負(fù)極電極、負(fù)極密封框以及位于負(fù)極密封框內(nèi)的集流板。其具有循環(huán)壽命長(zhǎng)、容 量和功率可獨(dú)立設(shè)計(jì)、可靠性高、不受地理位置的限制、建設(shè)期短的優(yōu)點(diǎn)，與其它蓄電池及
超級(jí)電容器等化學(xué)儲(chǔ)能裝置相比，性價(jià)比和安全性甚高。液流電池在風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電的匹 配儲(chǔ)能方面有很大的潛力，越來(lái)越受到各國(guó)的重視。 全釩氧化還原液流電池是一種通過(guò)不同價(jià)態(tài)的釩離子相互轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)電能儲(chǔ)存與
釋放的新型液流電池，由于使用同種元素組成電池系統(tǒng)，從原理上避免了正負(fù)電解液相互
滲透產(chǎn)生的交叉污染問(wèn)題，使用壽命較長(zhǎng)，適用于在大規(guī)模儲(chǔ)能方面的應(yīng)用。 在全釩液流電池中，需要通過(guò)電池堆內(nèi)集流板設(shè)計(jì)，提高通常的多孔性立體結(jié)構(gòu)
的導(dǎo)電材料電極的使用面積以便提高電流密度，并且保證電解液的均勻分布，避免形成"溝
流"現(xiàn)象，還要盡量簡(jiǎn)化電堆的結(jié)構(gòu)，減少材料加工及裝配難度，便于進(jìn)一步工程放大和減
低系統(tǒng)成本。現(xiàn)有技術(shù)中有采用密封框上的梳型結(jié)構(gòu)與薄板的導(dǎo)電塑料電極形成電解液的
導(dǎo)流暗槽，讓電解液盡量均勻的平行穿過(guò)多孔電極的流動(dòng)方式，使電解液中的活性物質(zhì)和
立體電極充分接觸，增大電化學(xué)反應(yīng)界面面積，促進(jìn)電化學(xué)氧化還原反應(yīng)，從而提高電池電
流密度。但電解液中的活性物質(zhì)在多孔電極內(nèi)部擴(kuò)散較慢，特別是對(duì)大面積的多孔電極，由
于各處的溶液阻力不一致，很容易在多孔電極內(nèi)部形成"溝流"，形成電極反應(yīng)的死區(qū)，導(dǎo)致
局部的極化電壓過(guò)高而發(fā)生析氫析氧等副反應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種可提高電解液流動(dòng)均勻性的氧化還原液流 電池的電堆結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是氧化還原液流電池的電堆結(jié)構(gòu)，包 括多個(gè)單電池串聯(lián)形成的電池堆，每個(gè)單電池包括正極密封框以及負(fù)極密封框，在正極密 封框內(nèi)設(shè)置具有多孔電極與導(dǎo)電雙電極的集流板，在多孔電極內(nèi)設(shè)置有將多孔電極分隔為 多個(gè)導(dǎo)流區(qū)域的流場(chǎng)板。 進(jìn)一步的是，所述導(dǎo)電雙電極采用耐酸耐氧化的工程塑料與石墨的混合材料制 作。 本發(fā)明的有益效果是通過(guò)設(shè)置的流場(chǎng)板，使電解液在多孔電極內(nèi)部按照流場(chǎng)板 分布的導(dǎo)流區(qū)域流動(dòng)，增大電化學(xué)反應(yīng)界面面積的同時(shí)也加快了電解液穿過(guò)多孔電極的流 動(dòng)，同時(shí)使電解液在多孔電極內(nèi)的流動(dòng)也更均勻，促進(jìn)電化學(xué)氧化還原反應(yīng)速度，提高液流電池電流密度，也明顯提高液流電池中電能和化學(xué)能的轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存效率，尤其適合在氧化 還原液流電池的電堆結(jié)構(gòu)中推廣使用。


圖1為本發(fā)明一個(gè)單電池分解后的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為集流板的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為圖2中A-A方向的剖視圖。 圖中標(biāo)記為正極密封框1、負(fù)極密封框2、導(dǎo)電雙電極3、集流板4、多孔電極5、流 場(chǎng)板6、正極電極7、離子交換膜8、負(fù)極電極9。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。 如圖l至圖3所示，本發(fā)明的氧化還原液流電池的電堆結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)單電池串聯(lián) 形成的電池堆，每個(gè)單電池包括正極密封框1以及負(fù)極密封框2，在正極密封框1內(nèi)設(shè)置具 有多孔電極5與導(dǎo)電雙電極3的集流板4，在多孔電極5內(nèi)設(shè)置有將多孔電極5分隔為多個(gè) 導(dǎo)流區(qū)域的流場(chǎng)板6。通過(guò)設(shè)置的流場(chǎng)板6，該流場(chǎng)板6將多孔電極5分隔為多個(gè)導(dǎo)流區(qū)域， 使電解液在多孔電極5內(nèi)部按照流場(chǎng)板6分布的導(dǎo)流區(qū)域流動(dòng)，增大電化學(xué)反應(yīng)界面面積 的同時(shí)也加快了電解液穿過(guò)多孔電極的流動(dòng)，同時(shí)使電解液在多孔電極5內(nèi)的流動(dòng)也更均 勻，促進(jìn)電化學(xué)氧化還原反應(yīng)速度，提高液流電池電流密度，也明顯提高液流電池中電能和 化學(xué)能的轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存效率。流場(chǎng)板6可以單獨(dú)靈活設(shè)計(jì)多種流場(chǎng)方式，如可采用交指流場(chǎng)、 蛇形流場(chǎng)、平行溝槽流場(chǎng)、網(wǎng)狀流場(chǎng)等流場(chǎng)結(jié)構(gòu)形式，在提高電極活性和反應(yīng)面積的同時(shí)簡(jiǎn) 化了電堆結(jié)構(gòu)，減少了部件方便電池的組裝，并降低了電池的材料成本。流場(chǎng)板6的厚度與 多孔電極5壓縮后的厚度相當(dāng)；流場(chǎng)板6可以單獨(dú)設(shè)計(jì)后復(fù)合在導(dǎo)電雙電極3上，也可以在 壓制導(dǎo)電雙電極3的時(shí)候用電極材料直接壓制出流場(chǎng)板6 。 因電解液為含釩硫酸溶液，為提高導(dǎo)電雙電極3的使用壽命，所述導(dǎo)電雙電極3采 用耐酸耐氧化的工程塑料與石墨的混合材料制作。耐酸耐耐氧化的工程塑料(聚氯乙烯或 硅氟橡膠等)與石墨的混合材料具有抗腐蝕特性，從而可提高導(dǎo)電雙電極3的抗腐蝕與抗 氧化性能，提高其使用壽命。
實(shí)施例 使用釩氧化還原電池的電極活性物質(zhì)為含釩硫酸溶液，正極電解液為含V4+/V5+氧 化還原電對(duì)的硫酸溶液，負(fù)極電解液為含V2+/V3+氧化還原電對(duì)的硫酸溶液。
釩電池的反應(yīng)原理如下
放電 ，正極:<formula>formula see original document page 4</formula>
負(fù)極<formula>formula see original document page 4</formula>
設(shè)計(jì)組裝兩個(gè)電池，集流板的為1mm的導(dǎo)電電極板，有效電極面積為500*300mm， 一組復(fù)合流場(chǎng)板(交指流場(chǎng))，除去流場(chǎng)板后的實(shí)際反應(yīng)電極面積為1250cm2，另一組為無(wú)流場(chǎng)板的平板電極。正負(fù)極電解液為1000ml的1.6mol/L V4+ +3mol/L H2S04禾口 1000ml的 1.6mol/L V3++3mol/L H2S04溶液，多孔電極為石墨氈。 在保持正負(fù)極電解液的流速一致的情況下，采用恒壓充電，有流場(chǎng)電池的充電電 流比無(wú)流場(chǎng)的高出近30%，說(shuō)明本發(fā)明專利申請(qǐng)能改善電解液的活性物質(zhì)在多孔電極中的 分布均勻性，加快電解液穿過(guò)多孔電極的流動(dòng)，增大電化學(xué)反應(yīng)速度，提高液流電池的充電 性能。
權(quán)利要求
氧化還原液流電池的電堆結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)單電池串聯(lián)形成的電池堆，每個(gè)單電池包括正極密封框(1)以及負(fù)極密封框(2)，在正極密封框(1)內(nèi)設(shè)置具有多孔電極(5)與導(dǎo)電雙電極(3)的集流板(4)，其特征是在多孔電極(5)內(nèi)設(shè)置有將多孔電極(5)分隔為多個(gè)導(dǎo)流區(qū)域的流場(chǎng)板(6)。
2. 如權(quán)利要求l所述的氧化還原液流電池的電堆結(jié)構(gòu)，其特征是所述導(dǎo)電雙電極(3)采用耐酸耐氧化的工程塑料與石墨的混合材料制作。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種通過(guò)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行電能儲(chǔ)存的氧化還原液流電池的電堆結(jié)構(gòu)，具有可提高電解液流動(dòng)均勻性的特點(diǎn)。該氧化還原液流電池的電堆結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)單電池串聯(lián)形成的電池堆，每個(gè)單電池包括正極密封框以及負(fù)極密封框，在正極密封框內(nèi)設(shè)置具有多孔電極與導(dǎo)電雙電極的集流板，在多孔電極內(nèi)設(shè)置有將多孔電極分隔為多個(gè)導(dǎo)流區(qū)域的流場(chǎng)板。通過(guò)設(shè)置的流場(chǎng)板，使電解液在多孔電極內(nèi)部按照流場(chǎng)板分布的導(dǎo)流區(qū)域流動(dòng)，增大電化學(xué)反應(yīng)界面面積的同時(shí)也加快了電解液穿過(guò)多孔電極的流動(dòng)，同時(shí)使電解液在多孔電極內(nèi)的流動(dòng)也更均勻，促進(jìn)電化學(xué)氧化還原反應(yīng)速度，提高液流電池電流密度，也明顯提高液流電池中電能和化學(xué)能的轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存效率。
文檔編號(hào)H01M8/02GK101719556SQ200910310320
公開(kāi)日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月24日
發(fā)明者冉洪波, 吳建國(guó), 廖長(zhǎng)軒, 張波, 彭宏亮, 李偉, 李道玉, 毛鳳嬌, 羅冬梅 申請(qǐng)人:攀枝花新鋼釩股份有限公司;攀鋼集團(tuán)研究院有限公司;攀鋼集團(tuán)攀枝花鋼鐵研究院有限公司