[發明專利]液流電池雙極板

無效

• 申請號: 201010597456.2
• 申請日: 2010-12-17
• 公開（公告）號: CN102569833A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 王東;孫毅;張偉;蔣永偉;張新榮
• 申請（專利權）人: 上海空間電源研究所
• 主分類號: H01M4/96
• 分類號: H01M4/96
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 金家山

技術領域

本發明涉及一種化學能轉化為電能的裝置，特別是用于加工制造液流電池雙極板。

背景技術

全釩液流電池(all?vanadium?redox?flow?battery，簡稱VRB)采用釩電解液體系，正、負極活性物質存在于氧化還原電解液中。全釩氧化還原液流電池系統包括兩個具有不同氧化狀態釩離子的電解液存儲罐，分別是正極V(IV)/V(V)和負極V(II)/V(III)氧化還原電極對。電解液由泵在存儲罐和電堆之間循環輸送。電堆包括多個電池組，每個電池組具有兩個半電池部分，由質子交換膜隔開。在半電池組中，電化學反應是在碳板電極上進行的，產生電流對電池進行充放電。VRB不僅可以作為太陽能、風能發電系統的配套儲能設備，還可以作為電網的調峰裝置，平抑電網負荷波動，保障電網安全。VRB系統不受地域限制，可以方便地構成大規模蓄電儲能系統。與其他二次電池相比，釩電池具有顯著的特性：充放電次數可達10000次(20年)以上；通過更換荷電的電解液，可實現瞬間再充電；功率單元與容量單元分開，高達兆瓦級輸出功率；綠色環保無污染，電池可完全回收，放電深度高達80％以上；支持過沖過放而不損壞電池；電池很少需要維護，壽命很長。

目前，全釩氧化還原液流電池進入實用性階段，通過對能源高效轉換存儲，保證穩定的電功率輸出，改善電網安全性和可靠性，以及為大規模風力和光伏發電提供儲能電源。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種具有結構簡單、制造方便、密封可靠、電堆在組裝過程中耐壓以及電堆活性面積靈活可調等優點，克服了大面積石墨板不容易加工、易碎的缺點，并可適用于以石墨氈作為電極以及碳布作為電極的液流電池雙極板。

本發明為解決其技術問題而采用的技術方案為：由于電解液的導電性和強腐蝕性，本發明采用耐腐蝕性好的PVC等工程塑料作為邊框和墊片。為降低電池在充放電過程中相鄰電池間石墨板上的短路電流，在工程塑料邊框上刻有延長電解液接觸石墨板距離的流道，可有效降低由于電解液的導電性造成的短路電流。為防止雙極板在組裝電池時雙極板的互漏和外漏現象，本發明采用密封粘合夾心式，石墨雙極板邊沿加工成凸形，嵌入前后兩塊工程塑料邊框內部。這種設計可以有效地避免組裝過程中石墨雙極板與邊框由于外力作用發生脫落，而且避免了因雙極板造成的電池互漏和外漏現象。具體的技術方案如下：

本發明提供了一種全釩液流電池雙極板的新型設計結構，雙極板結構主要包括三個組件：工程塑料邊框、導電雙極板以及墊片，

所述工程塑料邊框采用耐腐蝕性較好的工程塑料，并在進出口刻有延長電解液與導電石墨接觸距離的流道，有利于減小石墨板的電化學腐蝕。在工程塑料邊框的背面刻有密封槽，用以涂布密封膠；設計工程塑料邊框的厚度高出石墨板一定高度，可以使雙極板適用于石墨氈電極和碳布電極等；

導電雙極板采用高密度石墨板，在石墨板的表面刻有適合液流電池電解液分配的流場。導電板加工成凸形，嵌入前后兩塊工程塑料邊框內部；墊片同樣采用耐腐蝕性較好的工程塑料，并在墊片上刻有進出流道口，墊片的外形與工程塑料邊框的進出流道口部分相同。三組件之間采用硅橡膠等耐腐蝕性較好的膠水以粘合的方式組合成夾心式雙極板。本發明可以適用于以石墨氈作為電極以及碳布作為電極的液流電池。

本發明上述全釩液流電池雙極板的新型設計結構中，在石墨板的表面刻有適合液流電池電解液分配的流場；導流槽的脊寬∶槽寬在1∶1至1∶7之間；導電石墨板的長∶寬在1∶1至3∶1之間。電池在組裝過程中，為保證電池具有足夠小的接觸電阻，石墨氈的壓縮量(壓縮量＝壓縮后的石墨氈厚度/壓縮前的厚度)控制在1至3.5之間。工程塑料邊框上進口導流槽距離電解液接觸導電雙極板有一段較長的距離。

本發明上述全釩液流電池雙極板的新型設計結構中，導電雙極板嵌入兩個工程塑料邊框內部，嵌入邊框的尺寸與邊框內部鏤空部分尺寸相同。整個雙極板呈夾心狀。在組合過程中須在進出口墊一墊片，該墊片設計應與邊框的進出口設計相同，厚度應與嵌入塑料邊框的石墨板厚度相同。該墊片的作用主要是用來平衡導電石墨板在邊框內的厚度，防止電解液接觸導電石墨板。工程塑料邊框、墊片以及導電石墨雙極板之間通過耐腐蝕膠水粘結密封。工程塑料邊框、墊片以及導電石墨雙極板之間的粘結采用以下膠水中的任何種類：硅橡膠、環氧樹脂等。根據需要可以將工程塑料邊框設計成兩個或多個并聯或串聯的雙極板，所述設計一方面可以降低石墨板加工難度，增加石墨板加工的成功率，降低成本；另一方面可以設計任意形狀、任意大小、任意組合方式的雙極板。

附圖說明