專利名稱：一種不易泄漏液流電池的電堆結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種新能源技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種不易泄漏液流電池的電堆結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
利用風能、太陽能等可再生能源發(fā)電是人類將來利用新能源發(fā)電的最主要的方式。由于風能、太陽能發(fā)電過程受自然因素如天氣等影響，具有隨機性、不連續(xù)特點，難于保持穩(wěn)定的電能輸出，需要和一定規(guī)模的電能儲存裝置相配合，構(gòu)成完整的供電系統(tǒng)，保證持續(xù)穩(wěn)定的電能供應。因此，開發(fā)電能轉(zhuǎn)化效率高、儲存容量大、經(jīng)濟性能好的儲能系統(tǒng)成為利用新能源發(fā)電的技術(shù)關(guān)鍵。在與各種形式的儲能技術(shù)，例如蓄水儲能電站、高速飛輪機械儲能、超導儲能等相比較，電化學儲能具有能量轉(zhuǎn)化效率高，可移動性強等特點，在各類儲能技術(shù)中有獨特的優(yōu)勢。在各種電化學儲能技術(shù)中，液流電池系統(tǒng)具有大容量電能儲存與高效轉(zhuǎn)化功能，以及使用壽命長、環(huán)保、安全的特點，易于和風能、太陽能發(fā)電相匹配，可以大幅度降低設備造價，為新能源發(fā)電提供技術(shù)保證。用于電網(wǎng)系統(tǒng)儲能，適合于中等規(guī)模廠礦企業(yè)、賓館飯店、政府部門的不間斷電源使用，能夠有效改善電網(wǎng)供電質(zhì)量，完成電網(wǎng)的“移峰填谷”作用。全I凡液流電池(Vanadium Redox Battery,VRB)是一種新型化學電源,通過不同價態(tài)的釩離子相互轉(zhuǎn)化實現(xiàn)電能的儲存與釋放，使用同種釩元素組成電池系統(tǒng)，從原理上避免了正負半電池間不同種類活性物質(zhì)相互滲透產(chǎn)生的交叉污染。(圖1)使用溶解在電解液中不同價態(tài)釩離子作為電池正極和負極活性物質(zhì)，正極電解液和負極電解液分開儲存，從原理上避免電池儲存過程自放電現(xiàn)象，適合于大規(guī)模儲能過程應用。正極電解液儲槽B和負極電解液儲槽A通過磁力泵D為全釩液流電池的正極E和負極E提供電解液，正極E和負極E’通過離子交換膜G隔開，為電源負載C供電。當風能、太陽能發(fā)電裝置的功率超過額定輸出功率時，通過對液 流電池的充電，將電能轉(zhuǎn)化為化學能儲存在不同價態(tài)的離子對中；當發(fā)電裝置不能滿足額定輸出功率時，液流電池開始放電，把儲存的化學能轉(zhuǎn)化為電能，保證穩(wěn)定電功率輸出。由于液流電池對于風能、太陽能等可再生能源發(fā)電過程的重要意義，作為關(guān)鍵技術(shù)在國內(nèi)外得到普遍關(guān)注。全釩液流電池充電/放電運行過程，電極上將發(fā)生以下氧化還原反應。正極反應V02++2H++e <=> V02++H20 E0 =1. OOV負極反應V2+ <=i>v3++e Eci = -O. 26V由于正極電解液和負極電解液分別處于氧化性價態(tài)和還原性價態(tài)，無論是在電堆內(nèi)部的充電/放電運行過程，還是電解液輸送過程，需要保持正極電解液和負極電解液不發(fā)生混合，否則不同價態(tài)的釩離子間彼此交換電子產(chǎn)生自放電現(xiàn)象，嚴重影響電池效率。通常情況，兩種電解液輸送管路、輸送泵，以及儲存容器容易實現(xiàn)彼此獨立，不產(chǎn)生正極電解液和負極電解液混合問題。然而，電解液在電堆內(nèi)部流動過程以及流過存儲容器的流動過程，存在三種引起正極、負極電解液混合或自放電現(xiàn)象。I)穿過離子交換膜的混合當離子交換膜對于釩離子阻擋性能欠佳時，電池充電/放電運行過程伴隨氫離子遷移，釩離子發(fā)生跨膜滲透；可以通過選擇合適的膜材料，提高對釩離子/氫離子選擇性，解決釩離子跨膜滲透問題。2)穿過電堆密封結(jié)構(gòu)的混合兩種電解液需要同時穿過同一個界面，并分配到電極表面進行電化學反應。電堆密封要保證電解液既不能泄漏到電堆外部，又要確保電堆內(nèi)部彼此間不串液，特別是在同一個平面上實現(xiàn)離子交換膜和兩種電解液同時密封，往往十分困難。現(xiàn)有液流電池技術(shù)(中國專利公開號1531761A，1515046A)采用O型密封環(huán)同時壓接隔膜和密封電解液方式，進行電堆密封，取得一定效果。然而，該電堆結(jié)構(gòu)密封方式嚴重依賴于電池板框加工精度和密封材料性能，在長期使用過程中往往因溫度變化、離子交換膜尺寸變化等因素，引起兩種電解液從密封部位泄漏，產(chǎn)生混合后的自放電問題。3)通過電解液供給各單電池時存在其用電解液進出口總管道，或叫公共管道，導致各電池內(nèi)部產(chǎn)生旁路電流，導致電池自放電,并造成電池容量部分損失。為了解決現(xiàn)有液流電池的電堆內(nèi)部三種電解液從密封部位泄漏、交叉泄漏與減少通過電解液自放電問題，避免電解液交義污染，減少通過電解液自放電，提高庫侖效率。專利申請20091007843. 2公開了一種液流電池，其正負液流板框及其內(nèi)框均為正方形或矩形，正負液流框板下部一角設置進液孔，另一角設置過液孔，上部一角設置出液孔，另一角設置過液孔，正、負液流板框上部和下部分別設有進液支路流道和出液支路流道，進液支路流道和出液支路流道均勻由三條長直槽首尾迂回連接構(gòu)成，成倍增加了進出液支路流道的長度，從而成倍增加了電解液進、出液支路流道的電阻，因而成倍降低了液流電池自放電電流，大大提高了液流電池的能量效率。但是這種方案，進出流體的公共分配孔都設置在框板上，而公共分配孔要求面積較大，導致框板面積增大，而且公共分配孔流出的電解液并非直接進入電極，而是通過S型進出液支路流道導入的，S型進出液支路流道也設置在框板上，占用面積大，導致框板體積大，浪費材料，而且S型進出液支路流道密封較難，為了使S型流體通道密封，設置了蓋板蓋住S型流體通道，但是仍然很難密封，尤其是當電池運行，溫度升高時，由于熱脹冷縮，密封更加困難，容易發(fā)生電解液竄流，導致自放電，另外，S型流體通道流量有限，流阻交大，增加了整個液流電池系統(tǒng)的電解液輸送泵的功耗，從而降低了系統(tǒng)效率。`發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種不會自放電，易密封的不易泄漏液流電池的電堆結(jié)構(gòu)。本實用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種不易泄漏液流電池的電堆結(jié)構(gòu)，包括正極端壓板、負極端壓板、緊固件，多個液流單電池上下疊加并通過緊固件固定設置在正極端壓板和負極端壓板之間組成電堆，所述的液流單電池包括雙極板，以及夾設在雙極板之間的膜電極組件，所述的雙極板包括板框和板框的內(nèi)框內(nèi)設置的電極板，雙極板板框及其內(nèi)框均為正方形或矩形，雙極板板框上設有流體進出孔和流體通道，其特征在于，所述的流體通道包括主流道和支流道，所述的主流道沿雙極板板框四周設置，其一端連接流體進出孔，另一端連接支流道，支流道連通內(nèi)框。[0014]所述的主流道的長度根據(jù)電解液的電導率設置，主流道沿雙極板板框一邊行走設置，其長度為雙極板板框一邊的長度，或主流道沿雙極板板框多邊行走設置，其長度為雙極板板框多邊長度之和，或者主流道沿雙極板板框周邊循環(huán)行走設置。所述的支流道包括一長直槽和一梳形槽，所述的長直槽一端連通主流道，并通過梳形槽連通內(nèi)框。所述的雙極板板框由正極板板框和其相鄰單電池負極板板框粘合或通過密封圈壓合而成，正極板板框和其相鄰單電池負極板板框的內(nèi)框共用一導電板組成雙極板，相鄰雙極板之間設有膜電極組件。所述的正極板板框正面設置正極支流道，反面設置正極主流道，正極電解液從流體進出孔流至反面的正極主流道后再流至正面的正極支流道，從正極支流道流進內(nèi)框，所述的正極支流道形狀由一長條形直槽與梳形槽構(gòu)成；所述的負極板板框形狀與正極板板框類同，正面設置負極支流道，反面設置負極主流道，負極電解液從流體進出孔流至反面的負極主流道后再流至正面的負極支流道，從負極支流道流進內(nèi)框，所述的負極支流道形狀由一長條形直槽與梳形槽構(gòu)成。所述的正極板板框正面設置正極支流道和正極主流道，所述的負極板板框正面設置負極支流道和負極主流道。所述的正極板板框正面設置正極支流道，反面設置正極主流槽a和負極主流槽a ；所述的負極板板框正面設置負極支流道，反面設置與正極板板框反面相對應的正極主流槽b和負極主流槽b，正極板板框與負極板板框的反面粘合或通過密封圈壓合在一起形成雙極板，位于其夾層中的正極主流槽a與正極主流槽b粘合或壓合后形成正極主流道，負極主流槽a與負極主流槽b粘合或壓合后形成負極主流道，正極電解液從流體進出孔流至夾層中的正極主流道后再流至正面的正極支流道，從正極支流道流進內(nèi)框，負極電解液從流體進出孔流至反面的負極主流道后再流至正面的負極支流道，從負極支流道流進內(nèi)框。所述的正極主流道 和/或負極主流道內(nèi)設有預埋管。所述的正極板板框和負極板板框上分別設置至少一條密封槽以及放置密封圈，同一單電池中，正極板板框和負極板板框之間分別壓在同一張膜電極組件的離子交換膜兩偵牝通過密封圈密封；相鄰二個單電池中的正極板板框與負極板板框之間分別壓在同一導電板上，通過密封圈密封。所述的膜電極組件由兩塊碳氈夾設離子交換膜組成，所述的碳氈上設有用于傳輸電解液的多條等間距分布的流道，所述的板框的材質(zhì)為塑料材質(zhì)，包括PP、PE和PVC。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點1.在雙極板板框上設置沿四周設置流體通道，其長度可根據(jù)電解液的導電率決定，通過改變流體通道的長度改變電解液的流經(jīng)路徑從而改變電解液的電阻，比在板框上設置S型流道容易密封，減少泄漏，使自放電減小到最小；2.流體通道的主流道設置在雙極板板框反面，使其與正面參與反應的流體隔開，不會竄流，減少自放電；3.在主流道內(nèi)設置預埋管，只要將預埋管頭尾密封即可，簡單、效果好，減少泄漏和自放電。
圖1為全釩液流電池原理圖；圖2為正極板板框正面示意圖；圖3為正極板板框反面示意圖；圖4為負極板板框正面示意圖；圖5為負極板板框反面示意圖；圖6為單電池的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為端板的示意圖；圖8為液流電池堆的示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。實施例1如圖2-8所示，一種不易泄漏液流電池的電堆結(jié)構(gòu)，由多個液流單電池上下疊加并在上下兩端分別設置正極端壓板、負極端壓板組成，電堆外框尺寸為805mmX805mm，所述的液流單電池包括雙極板，以及夾設在雙極板之間的膜電極組件，所述的雙極板包括板框和板框的內(nèi)框內(nèi)設置的電極板，該雙極板板框及其內(nèi)框均為正方形，雙極板板框上設有流體進出孔和流體通道， 所述的流體通道包括主流道和支流道，所述的主流道沿雙極板板框四周設置，其一端連接流體進出孔，另一端連接支流道，支流道連通內(nèi)框。如圖6所示，所述的雙極板板框包括正極板板框I和負極板板框2，正極板板框I的內(nèi)框中設置導電板組成正極板，負極板板框內(nèi)設置石墨板3組成負極板，正極板與負極板之間設有膜電極組件組成單電池，所述的膜電極組件由兩塊碳4氈夾設離子交換膜5組成，所述的碳氈4上設有用于傳輸電解液的多條等間距分布的流道。如圖2-3所示，所述的正極板板框I正面設置正極支流道11，反面設置正極主流道12，正極支流道11由一長直槽al 11和一梳形槽al 12組成，所述的長直槽al 11 —端連通正極主流道12，并通過梳形槽all2連通內(nèi)框，所述的正極主流道12為繞正極板板框I反面循環(huán)設置的流道。正極板板框I相對的兩邊上設置在正極支流道分別作為電解液進導流槽和電解液出導流槽。正極電解液從進口端的流體進孔13流至反面的正極主流道al21后再流至正面的正極支流道11，從長直槽alll流入，再從梳形槽all2流至內(nèi)框，流經(jīng)碳氈上的流道參與反應后，從出口端的梳形槽bll4流至長直槽bll4，然后從反面的正極主流道bl22流至流體出孔14后流出；如圖4-5所示，所述的負極板板框形狀與正極板板框相同，正面設置負極支流道，反面設置負極主流道，負極電解液從流體進出孔流至反面的負極主流道后再流至正面的負極支流道，從負極支流道流進內(nèi)框。負極主流道內(nèi)設有預埋管6，預埋管6為密封塑料軟管，固定在負極主流道內(nèi)，其進出口均密封粘結(jié)在負極板板框上，一端與流體進出孔連接，另一端與流體通道連接。所述的正極板板框I正面和反面均設有密封槽，密封槽內(nèi)設有密封圈密封圈15和密封圈16，通過密封圈15與負極板板框上相應的密封圈分別壓在同一張膜電極組件兩側(cè)密封；相鄰二個單電池中的正極板板框與負極板板框之間通過密封圈16與負極板上相應的密封圈分別壓在同一石墨板上密封。單電池層層疊加，并在兩端設置端板，端板由集流面板7和匹配的導電板8組成，然后通過緊固螺栓緊固組成液流電池堆，如圖8所示。實施例2所述的主流道的長度根據(jù)電解液的電導率設置，主流道沿雙極板板框一邊行走設置，其長度為雙極板板框一邊的長度，正極板板框正面設置正極支流道和正極主流道，所述的負極板板框正面設置負極支流道和負極主流道，正極主流道和負極主流道內(nèi)均設有預埋管。其余同實施例1。主流道也沿雙極板板框多邊行走設置，如三邊或循環(huán)一周或多周，使主流道與支流道拉開距離，避免竄流，即可減少自放電。主流道和支流道分別設置在正極板板框或負極板板框，即使不設置預埋管也能很好的減少自放電。主流道也可設置在支流道上部，呈S型設置，同時在主流道內(nèi)設置預埋管，電解液從密封的預埋管流過后進入支流道，也可大幅度減少自放電。實施例3同一單電池中，正極板板框與負極板板框之間設置膜電極組件，相鄰單電池中，正極板板框和其相鄰單電池負極板板框的內(nèi)框共用一導電板，然后將正極板板框和其相鄰單電池負極板板框通過密封圈壓合組成雙極板,該雙極板中正極板板框正面設置正極支流道，所述的正極支流道形狀由一長條形直槽與梳形槽構(gòu)成，反面設置正極主流槽a和負極主流槽a ;負極板板框正面設置負極支流道，負極支流道形狀由一長條形直槽與梳形槽構(gòu)成，反面設置與正極板板框反面相對應的正極主流槽b和負極主流槽b，正極板板框與負極板板框的反面壓合在一起形成雙極板板框，位于其夾層中的正極主流槽a與正極主流槽b壓合形成正極主流道，負極主流槽a與負極主流槽b壓合形成負極主流道，正極電解液從流體進出孔流至夾層中的正極主流道后再流至正面的正極支流道，從正極支流道長條形直槽流經(jīng)梳形槽進入內(nèi)框，負極電解液從流體進出孔流至反面的負極主流道后再流至正面的負極支流道，從負極支流道的長條形直槽流經(jīng)梳形槽進入內(nèi)框。
權(quán)利要求1.一種不易泄漏液流電池的電堆結(jié)構(gòu)，包括正極端壓板、負極端壓板、緊固件，多個液流單電池上下疊加并通過緊固件固定設置在正極端壓板和負極端壓板之間組成電堆，所述的液流單電池包括雙極板，以及夾設在雙極板之間的膜電極組件，所述的雙極板包括板框和板框的內(nèi)框內(nèi)設置的電極板，雙極板板框及其內(nèi)框均為正方形或矩形，雙極板板框上設有流體進出孔和流體通道，其特征在于，所述的流體通道包括主流道和支流道，所述的主流道沿雙極板板框四周設置，其一端連接流體進出孔，另一端連接支流道，支流道連通內(nèi)框。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不易泄漏液流電池的電堆結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的主流道的長度根據(jù)電解液的電導率設置，主流道沿雙極板板框一邊行走設置，其長度為雙極板板框一邊的長度，或主流道沿雙極板板框多邊行走設置，其長度為雙極板板框多邊長度之和，或者主流道沿雙極板板框周邊循環(huán)行走設置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不易泄漏液流電池的電堆結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的支流道包括一長直槽和一梳形槽，所述的長直槽一端連通主流道，并通過梳形槽連通內(nèi)框。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不易泄漏液流電池的電堆結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的雙極板板框由正極板板框和其相鄰單電池負極板板框粘合或通過密封圈壓合而成，正極板板框和其相鄰單電池負極板板框的內(nèi)框共用一導電板組成雙極板，相鄰雙極板之間設有膜電極組件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種不易泄漏液流電池的電堆結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的正極板板框正面設置正極支流道，反面設置正極主流道，所述的正極支流道形狀由一長條形直槽與梳形槽構(gòu)成；所述的負極板板框形狀與正極板板框類同，正面設置負極支流道，反面設置負極主流道，所述的負極支流道形狀由一長條形直槽與梳形槽構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種不易泄漏液流電池的電堆結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的正極板板框正面設置正極支流道和正極主流道，所述的負極板板框正面設置負極支流道和負極主流道。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種不易泄漏液流電池的電堆結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的正極板板框正面設置正極支流道，反面設置正極主流槽a和負極主流槽a ;所述的負極板板框正面設置負極支流道，反面設置與正極板板框反面相對應的正極主流槽b和負極主流槽b，正極板板框與負極板板框的反面粘合或通過密封圈壓合在一起形成雙極板，位于其夾層中的正極主流槽a與正極主流槽b粘合或壓合后形成正極主流道，負極主流槽a與負極主流槽b粘合或壓合后形成負極主流道。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6或7所述的一種不易泄漏液流電池的電堆結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的正極主流道和/或負極主流道內(nèi)設有預埋管。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種不易泄漏液流電池的電堆結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的正極板板框和負極板板框上分別設置至少一條密封槽以及放置密封圈，同一單電池中，正極板板框和負極板板框之間分別壓在同一張膜電極組件的離子交換膜兩側(cè)，通過密封圈密封；相鄰二個單電池中的正極板板框與負極板板框之間分別壓在同一導電板上，通過密封圈密封。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種不易泄漏液流電池的電堆結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的膜電極組件由兩塊碳氈夾設離子交換膜組成，所述的碳氈上設有用于傳輸電解液的多條等間距分布的流道，所述的板框的材質(zhì)為塑料材質(zhì)。
專利摘要本實用新型涉及一種不易泄漏液流電池的電堆結(jié)構(gòu)，包括正極端壓板、負極端壓板、緊固件，多個液流單電池上下疊加并通過緊固件固定設置在正極端壓板和負極端壓板之間組成電堆，所述的液流單電池包括雙極板，以及夾設在雙極板之間的膜電極組件，所述的雙極板包括板框和板框的內(nèi)框內(nèi)設置的電極板，雙極板板框及其內(nèi)框均為正方形或矩形，雙極板板框上設有流體進出孔和流體通道，所述的流體通道包括主流道和支流道，所述的主流道沿雙極板板框四周設置，其一端連接流體進出孔，另一端連接支流道，支流道連通內(nèi)框。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有不會自放電，易密封等優(yōu)點。
文檔編號H01M8/24GK202888323SQ201220384749
公開日2013年4月17日 申請日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月3日
發(fā)明者胡里清, 胡卓能 申請人:上海神力科技有限公司