[發(fā)明專利]用于流動電解質(zhì)電池的電池組

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200880010579.2
• 申請日: 2008-03-13
• 公開（公告）號: CN101647138A
• 公開（公告）日: 2010-02-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 亞歷山大·魯?shù)婪颉靥?/a>
• 申請（專利權(quán)）人: 紅流私人有限公司
• 主分類號: H01M2/40
• 分類號: H01M2/40;H01M8/08;H01M8/20;H01M8/04;H01M8/18;H01M8/06
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 樓高潮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池。特別地，但并非排它的，本發(fā)明涉及一種流動電 解質(zhì)電池，其具有包括毛細管的電池組。

背景技術(shù)

用于獨立供電系統(tǒng)中的電池通常是鉛酸電池。然而，鉛酸電池在性 能和環(huán)境安全方面存在限制。典型的鉛酸電池通常在炎熱的氣候條件下 具有極短的壽命，特別是當它們有時候完全放電時。鉛酸電池也是危害 環(huán)境的，因為鉛是鉛酸電池的主要組分，并且在制造和處理期間也會導(dǎo) 致嚴重的環(huán)境問題。

流動電解質(zhì)電池，如鋅-溴電池、鋅-氯電池和釩流動電池，提供了克 服鉛酸電池上述限制的潛能。特別地，流動電解質(zhì)電池的可用壽命并不 受深度放電應(yīng)用的影響，流動電解質(zhì)電池的能量重量比比鉛酸電池高六 倍。

然而，制造流動電解質(zhì)電池比制造鉛酸電池更加困難。流動電解質(zhì) 電池，像鉛酸電池一樣，包括有電池組，用于產(chǎn)生高于單個電池電壓的 特定電壓。但與鉛酸電池不同的是，流動電解質(zhì)電池中的電池通過電解 質(zhì)循環(huán)管路液壓連接。這會導(dǎo)致問題，當旁路電流通過電解質(zhì)循環(huán)路徑 從一系列連接電池流動到另一系列時，會引起電池的單個電荷狀態(tài)中的 能量損耗和不平衡。為了阻止或減少這種旁路電流，流動電解質(zhì)電池在 電池之間限定出足夠長的電解質(zhì)循環(huán)路徑，從而增加電池之間的電阻。

流動電解質(zhì)電池的另一問題是在每個電池中需要均勻的電解質(zhì)流 速，以便將化合物均勻地供送到電池內(nèi)部。為了達到通過電池的均勻流 速，流動電解質(zhì)電池限定了復(fù)雜的流體分配區(qū)域。然而，因為電解質(zhì)通 常具有油和氣態(tài)的多相特性，并且由于電池的結(jié)構(gòu)限制，通常并不能達 到均勻的流速。

參照圖1，該流程圖示出了現(xiàn)有技術(shù)中已知的堿性的鋅-溴流動電解 質(zhì)電池100。鋅-溴電池100包括陰極循環(huán)通路105和獨立的陽極循環(huán)通 路110。陰極循環(huán)通路105包含有鋅離子作為活性化學(xué)物質(zhì)，陽極循環(huán)通 路110包含溴離子作為活性化學(xué)物質(zhì)。鋅-溴電池100也包括陰極電解質(zhì) 泵115、陽極電解質(zhì)泵120、陰極電解質(zhì)槽125和陽極電解質(zhì)槽130。為 了獲得高壓，該鋅-溴電池100還包括以雙極配置連接的電池組。例如， 電池135包括半電池140、145，其包括有雙極電極板155和微孔隔板165。 然后鋅-溴電池100在集電極板160處具有陽極端，在集電極板150處具 有陰極端。

在充電過程中，在陽極半電池如半電池145中的化學(xué)反應(yīng)可根據(jù)以 下的方程式進行描述：

2Br^-→2Br+2e^-????方程式1

溴因此形成在與陽極循環(huán)通路110液壓連通的半電池中，然后儲存 在陽極電解質(zhì)槽130中。在充電過程中，在陰極半電池如半電池140中 的化學(xué)反應(yīng)可根據(jù)以下的方程式進行描述：

Zn²⁺+2e^-→Zn????方程式2

金屬鋅層170因此在與陰極循環(huán)通路150接觸的集電極板150上形 成。之后的放電期間半電池140、145中的化學(xué)反應(yīng)與方程式1和方程式 2相反。

現(xiàn)有技術(shù)公開了多種用于產(chǎn)生獲得均勻流速的流體分配區(qū)域的方 法，以及用于在流動電解質(zhì)電池的電池組的電池之間產(chǎn)生足夠長的循環(huán) 通路的方法。一種方法是在將電解質(zhì)提供給電池組的外部歧管內(nèi)部限定 螺旋的毛細管。該螺旋毛細管通過彈性體連接管陣列連接到在電池內(nèi)限 定的流體分配區(qū)域上。每個電池具有多個進口和出口，因此，每個外部 歧管不得不使用包括有彈性體連接管陣列的精密連接裝置連接到電池組 上。典型的54-電池組需要216個彈性體接管。這種精密的連接裝置不僅 難以制造，而且容易在裝配和使用期間損壞。

另一種方法使用了在電池內(nèi)部限定的長循環(huán)通路和流體分配區(qū)域。 這減少了許多外部的連接點。然而，電池組中的每個電池之后不得不進 行內(nèi)部焊接以保證電解質(zhì)不會泄露出循環(huán)通路。因此，典型的60-電池組 可具有僅8個入口或出口，但它具有121個關(guān)鍵的外部和內(nèi)部焊縫。

參照圖2，該圖示出了用于流動電解質(zhì)電池的電池組200的透視圖， 這是現(xiàn)有技術(shù)中已知的。電池組200中的電池通過彈性體連接管陣列210 連接到外部歧管205上。電池組200具有10條重要的焊縫：頂部焊縫215、 底部焊縫216、四個進口或出口管密封焊縫225和四個歧管焊縫230。