本發(fā)明涉及一種蛇形流道的雙極板設(shè)計(jì)及其應(yīng)用，特別是其在全釩液流電池上的應(yīng)用
背景技術(shù)：
能源和環(huán)境是21世紀(jì)人類面臨的兩大問(wèn)題。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，人類對(duì)能源的需求日益增多。不過(guò)傳統(tǒng)的化石能源一方面儲(chǔ)量有限，不能滿足社會(huì)發(fā)展的需求，另一方面化石能源的過(guò)度消耗帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。為了解決能源短缺和環(huán)境污染的雙重難題，可再生的清潔能源，如太陽(yáng)能和風(fēng)能的開發(fā)至關(guān)重要。但是，太陽(yáng)能發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電具有不連續(xù)不穩(wěn)定的特點(diǎn)，受自然環(huán)境影響較大。由于大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)能夠解決這一問(wèn)題，所以其受到廣泛研究。其中全釩液流電池技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)引領(lǐng)了電池行業(yè)的發(fā)展，并被廣泛應(yīng)用。
全釩液流電池作為液流電池中的一種，具有諸多優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于全釩液流體系，電池兩側(cè)發(fā)生的反應(yīng)有：
正極：VO2++2H++ e-＝VO2++H2O
負(fù)極：V3++ e-＝V2+。
全釩液流體系對(duì)電解液的流動(dòng)有以下幾點(diǎn)要求：1.電解液流通無(wú)死角，使電解液中的反應(yīng)物質(zhì)充分接觸到電極材料，使電極表面上的反應(yīng)活性點(diǎn)位得到充分利用，降低電池的電化學(xué)極化；2.較快的流速，降低了層流層的厚度，使電極表面的擴(kuò)散層厚度降低，更快速的為電極表面補(bǔ)充反應(yīng)物質(zhì)，降低濃差極化；3.較短的離子傳導(dǎo)距離，有利于降低電池的歐姆內(nèi)阻；便于電解液的擴(kuò)散傳輸，同時(shí)也能降低電池的濃差極化。4.阻力小，能力損失少；5.設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，制備成本低廉。
全釩液流電池體系中，電解液的流通主要分為二種方式：
1.穿流式，電解液穿過(guò)電極表面流動(dòng)，即電解液完全流經(jīng)多孔電極材料，電極材料本身即為流道。
2.平流式，電解液沿電極表面平行流動(dòng)，即電解液沿著流道流動(dòng)，一部分電解液流過(guò)電極材料。
其中穿流式由于電極材料的孔徑小，孔結(jié)構(gòu)無(wú)序，使得流經(jīng)阻力大，能量損失多，并且流速低，流動(dòng)死區(qū)多等缺點(diǎn)。
平流式由于有了流道的存在，可以使得電解液的流速大大提高，然而其沿著電極表面平行流動(dòng)，使得電解液中，只有一部分電解液穿過(guò)電極表面。
所以設(shè)計(jì)一種流道，使得電解液更多的流經(jīng)電極表面成為了流道設(shè)計(jì)研發(fā)的重點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種蛇形流道的雙極板和其在全釩液流電池電極中的應(yīng)用。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的的流道設(shè)計(jì)方案如下：
一種蛇形流道的雙極板，于雙極板的二側(cè)表面設(shè)有用于流體流動(dòng)的蛇形流道；沿流體流動(dòng)方向于流道內(nèi)設(shè)有1個(gè)以上的擾流槽，同一流道內(nèi)沿流體流動(dòng)方向的內(nèi)相鄰擾流槽之間間隔2-5mm以上；
擾流槽為下述情形中的一種或二種：
第一種：于蛇形流道底部向下設(shè)置一個(gè)0.1-1mm深、2-5mm長(zhǎng)，與流道寬度相同的的凹槽；
第二種：于蛇形流道或二側(cè)的側(cè)壁面上向垂直于流體流動(dòng)方向設(shè)置一個(gè)0.1-1mm深、2-5mm長(zhǎng)、高度與流道深度相同的的凹槽。
蛇形流道的流道寬度為4-6mm，流道深度為0.5-2mm。
所述的雙極板在全釩液流電池中的應(yīng)用。
本發(fā)明的有益效果：
1.本發(fā)明設(shè)計(jì)的蛇形流道雙極板，構(gòu)造簡(jiǎn)單，加工方便，價(jià)格低廉，易于大規(guī)模生產(chǎn)。
2.本發(fā)明設(shè)計(jì)的蛇形流道雙極板，由于有小坑或者小缺口的存在，加強(qiáng)了電解的流動(dòng)過(guò)程中的擾動(dòng)作用，使得層流層的厚度降低，大大的提高了電解液的傳遞速度，降低了濃差極化，提高了電池性能。
3.本發(fā)明設(shè)計(jì)的蛇形流道雙極板，由于有小坑的存在，使得電解液的流動(dòng)方向發(fā)生了一定改變，增加了平流式流動(dòng)中，電解液垂直于電極表面方向的流動(dòng)，使得更多的電解液流經(jīng)電極表面，增加了電極表面的電解液利用率，降低了濃差極化和電化學(xué)極化，提高了電池性能。
4.本發(fā)明設(shè)計(jì)的蛇形流道雙極板，由于有小坑或小缺口的存在，相當(dāng)于擴(kuò)寬了流道的寬度或深度，進(jìn)一步降低了流動(dòng)阻力，減少了能量損失。
附圖說(shuō)明
圖1是實(shí)施例1中蛇形流道雙極板的CAD圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的實(shí)施不僅限于此。
以下實(shí)施例中全釩液流電池的組裝方法如下：
室溫下，將全釩液流電池在手套箱中進(jìn)行組裝。集流板為石墨板，在石墨板上雕刻有新型蛇形流道，為電解液的流動(dòng)提供通道。采用Nafion115型陽(yáng)離子交換膜為電池隔膜，膜在的有效面積為9cm-2。電解液中釩離子濃度為1.50mol L-1，H2SO4濃度為3mol L-1。
以下實(shí)施例中全釩液流電池電化學(xué)測(cè)試方法如下：
室溫下，將組裝好的全釩液流電池在在40mA cm-2的電流密度進(jìn)行充放電測(cè)試。充放電方式為恒流充放電，充放電區(qū)間為1.65-1.0V。充放電測(cè)試系統(tǒng)為ARBIN。
實(shí)施例1
雙極板為5mm厚的石墨板，在其上雕刻新型棋盤流道，先雕刻蛇形流道，流道的寬度為3mm，深度為1mm，再每隔3mm，挖一個(gè)長(zhǎng)寬皆為3mm，深度為0.5mm的擾流槽。
實(shí)施例2
雙極板為10mm厚的石墨板，在其上雕刻新型棋盤流道，先雕刻蛇形流道，流道的寬度為5mm，深度為1mm，再每隔3mm，挖一個(gè)長(zhǎng)寬皆為5mm，深度為0.5mm的擾流槽。
實(shí)施例3
雙極板為3mm厚的石墨板，在其上雕刻新型棋盤流道，先雕刻蛇形流道，流道的寬度為3mm深度為1mm，再每隔3mm，挖一個(gè)長(zhǎng)2mm，深度為1mm的擾流槽。