[發明專利]集流板及含有其的液流電池和液流電池堆

有效

• 申請號: 201210074607.5
• 申請日: 2012-03-20
• 公開（公告）號: CN102593482A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 湯浩;殷聰;謝光有;王榮貴;萬志偉
• 申請（專利權）人: 中國東方電氣集團有限公司
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M8/18;H01M8/24
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 吳貴明;余剛

技術領域

本發明涉及全釩氧化還原液流儲能電池領域，尤其涉及一種集流板及含有其的液流電池和液流電池堆。

背景技術

全釩氧化還原液流電池是氧化還原液流電池的一種，具有使用壽命長，能量轉化效率高，安全性好，環境友好等優點，能用于風能發電和光伏發電配套的大規模儲能系統，是電網削峰填谷、平衡負載的主要選擇之一。

全釩氧化還原液流電池分別以不同價態的釩離子V²⁺/V³⁺和V⁴⁺/V⁵⁺作為電池的正負兩極氧化還原電對，將正負極電解液分別存儲于兩個儲液罐中，由耐酸液體泵驅動活性電解液至反應場所(電池堆)再回至儲液罐中形成循環液流回路，以實現充放電過程。在整個全釩氧化還原液流電池儲能系統中，電池堆性能的好壞決定著整個系統的充放電性能，尤其是充放電功率及效率。電池堆是由多片單電池依次疊放壓緊，串聯而成。其中，單片電池的組成如圖1所示。1為液流框，2為集流板，3為電極，4為隔膜，圖1中各組件組成單體電池5，通過N個單體電池5的堆疊組成電池堆6。

目前，用于全釩氧化還原液流電池的集流板主要有金屬集流板、導電塑料集流板及高密度石墨板等，其與石墨氈電極集成一體化的過程中，一種較為常見的方法是采用集流板平板與電極直接熱壓結合的方式。這種平板集流板用于全釩氧化還原液流電池時，會出現以下主要問題：電解液在經過電極的過程中，只能靠石墨氈的自身滲透能力，液流阻力大從而增加液體泵的消耗；由于平板集流板對于液流沒有導向作用，電解液在流通過程中存在內部流動不均勻，甚至液流沒有流過的死角位置，從而導致嚴重極化現象以及各單電池間電壓的不均勻性，降低電極和隔膜的使用壽命及效率。

為了解決上述問題，現有技術中通常采用在集流板上進行了流道設計，采用流道對電解液實現導流作用，提高了電解液通過電池組的速率。但是現有技術的流道設計使得電解液在多孔電極中的對流深度短，造成電極內部出現濃差極化。另外，大部分電解液未能進入電極中進行反應即流出電池，電解液利用率僅占輸送總量的很小一部分，影響了釩電池系統的效率。

發明內容

本發明旨在提供一種集流板及含有其的液流電池和液流電池堆，用于解決現有技術電解液在多孔電極中的對流深度短，造成電極內部出現濃差極化以及電解液利用率低的問題。

根據本發明的一個方面，提供了一種集流板，其上設置有電解液流道，電解液流道的橫截面積沿電解液流動方向變化。

進一步地，上述橫截面積沿電解液流動方向呈連續性變化或階梯狀變化中的一種，和/或呈周期性變化或單調性變化中的一種。

進一步地，上述電解液流道為波浪形流道。

進一步地，上述集流板上具有沿電解液流動方向并排延伸的多個上述波浪形流道，其中相鄰的兩條波浪形流道的波峰與波谷交錯排布。

進一步地，上述電解液流道為蛇形流道，蛇形流道的截面寬度沿電解液流動方向逐漸減小。

進一步地，上述集流板上具有沿電解液流動方向并排延伸的多個流道區域，每個流道區域中包括一個蛇形流道，蛇形流道包括多個沿電解液流動方向延伸的多個平行段和連接相鄰平行段的連接段，且各平行段的橫截面積沿電解液流動方向呈階梯狀變化。

進一步地，上述電解液流道為蛇形流道，蛇形流道的深度沿電解液流動方向呈連續性或階梯性減小。

進一步地，上述蛇形流道為一條，蛇形流道的橫截面積沿電解液流動方向呈階梯性的單調減小。

進一步地，上述電解液流道由間隔排布的凸塊間未突出的部分形成，位于同一排中的凸塊等間距排布，位于相鄰排中的凸塊之間交錯排布。

根據本發明的另一方面還提供了一種液流電池，包括電極和本發明的集流板，電極位于集流板設置有電解液流道的一側。

根據本發明的又一方面還提供了一種液流電池堆，包括一個或多個本發明的液流電池。

本發明所提供的集流板，其上的電解液流道在電解液經過時形成具有不同壓強的電解液流場，與電解液流場對應的多孔電極內部不同位置處也具有不同的壓強，有效改善了多孔電極內部電解液的傳輸狀況，增加電極反應的均勻性，減小液體泵能量消耗，有效提高全釩氧化還原液流電池系統的效率，延長電池的使用壽命，而且，制作工藝簡單，容易實現。

除了上面所描述的目的、特征和優點之外，本發明還有其它的目的、特征和優點。下面將參照圖，對本發明作進一步詳細的說明。

附圖說明