[發(fā)明專利]一種液流電池用雙極板或單極板結(jié)構(gòu)及全釩液流電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310455011.4
• 申請(qǐng)日: 2013-09-29
• 公開（公告）號(hào): CN104518222B
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張華民;鄭瓊;邢楓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號(hào): H01M4/86
• 分類號(hào): H01M4/86;H01M8/18
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司21002
• 代理人: 馬馳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及全釩液流電池領(lǐng)域，特別是一種全釩液流電池用液流框和雙（單）極板一體化裝置。

背景技術(shù)

全釩液流電池，是采用不同價(jià)態(tài)的釩離子溶液作為正負(fù)極電解液，由外部泵驅(qū)動(dòng)電解液在儲(chǔ)液罐和電堆之間循環(huán)流動(dòng)，電解液在電堆中發(fā)生氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)充放電過程的電池。全釩液流電池由電堆、電解液和泵等管路系統(tǒng)組成，電堆包括離子傳導(dǎo)隔膜、液流框、電極、雙（單）極板和集流板等。電堆單體電池以離子傳導(dǎo)隔膜為中心，兩端依次為：電極和液流框、雙（單）極板結(jié)構(gòu)。離子傳導(dǎo)隔膜與液流框之間、液流框和雙（單）極板之間有密封元件。數(shù)級(jí)或數(shù)10級(jí)單體電池被夾持在兩個(gè)不銹鋼端板之間，經(jīng)壓濾機(jī)壓緊作用組成一個(gè)電堆。電解液在儲(chǔ)液罐和電堆之間循環(huán)流動(dòng)，其中必然要經(jīng)過液流框，液流框在電堆中起到分配電解液在電堆中的流動(dòng)方式、防止電解液外漏的作用；密封元件主要對(duì)電解液起到密封、防止外漏作用；雙（單）極板主要起分隔電堆中的每個(gè)單體電池和收集、輸送電流的作用。由于液流框、密封元件和雙（單）極板對(duì)電堆起著不可或缺的作用，其結(jié)構(gòu)和材料將直接影響全釩液流電池的穩(wěn)定性和電池性能。

目前，通用的液流框和雙（單）極板是兩個(gè)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)，組成電堆時(shí)兩者之間必須添加密封元件。液流框通常采用PVC材料，雙（單）極板采用無孔石墨材料、金屬或合金材料以及各種復(fù)合材料，密封結(jié)構(gòu)一般有面密封或線密封兩種方式。液流框、密封元件、雙（單）極板、液流框、密封元件、雙（單）極板…的裝配工序繁瑣，若裝配不合理，容易引起電解液外漏，影響電池的穩(wěn)定運(yùn)行；而且，密封元件成本也較高；此外，液流框一般應(yīng)具有防止電解液外漏的作用，因此加工時(shí)，液流框的厚度要比液流框上的流道深度大1mm左右，對(duì)應(yīng)的電極厚度較大，引起較大的歐姆內(nèi)阻，進(jìn)而影響電池性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，為克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提出并研究一種極板結(jié)構(gòu)，其通過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的液流框和雙（單）極板結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)合理的改進(jìn)，可以實(shí)現(xiàn)減少密封元件數(shù)量，減小電極厚度的目的，從而簡(jiǎn)化電堆裝配工藝，減少電堆中電解液外漏，降低電池歐姆內(nèi)阻，提高電池運(yùn)行的穩(wěn)定性和電池性能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種液流電池用雙極板或單極板結(jié)構(gòu)，所述雙極板為兩側(cè)中部均設(shè)有凹槽的平板狀結(jié)構(gòu)，于平板的四周邊緣設(shè)有四個(gè)通孔，四個(gè)通孔二個(gè)為一組，每一組中的二個(gè)通孔相對(duì)設(shè)置，二組分別為正極進(jìn)液口和正極出液口、負(fù)極進(jìn)液口和負(fù)極出液口；于平板每一側(cè)的凹槽相對(duì)邊緣處分別刻有與凹槽相連通的液體分布流道結(jié)構(gòu)，平板一側(cè)相對(duì)邊緣處的流道分別各自與正極進(jìn)液口和正極出液口相連通、平板另一側(cè)相對(duì)邊緣處的流道分別各自與負(fù)極進(jìn)液口和負(fù)極出液口相連通；

或，所述單極板為一側(cè)中部設(shè)有凹槽的平板狀結(jié)構(gòu)，于平板的四周邊緣設(shè)有四個(gè)通孔，四個(gè)通孔二個(gè)為一組，每一組中的二個(gè)通孔相對(duì)設(shè)置，二組分別為正極進(jìn)液口和正極出液口、負(fù)極進(jìn)液口和負(fù)極出液口；于平板一側(cè)的凹槽相對(duì)邊緣處分別刻有與凹槽相連通的液體分布流道結(jié)構(gòu)，相對(duì)邊緣處的一側(cè)流道與正極進(jìn)液口或負(fù)極進(jìn)液口相連通、另一側(cè)流道與正極出液口或負(fù)極出液口相連通。

所述雙極板二側(cè)的凹槽對(duì)稱設(shè)置；所述雙極板兩側(cè)流道呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)。

所述雙極板或單極板厚度5-15mm，凹槽深度為0.5mm-7mm；凹槽外周與雙極板或單極板最外周寬度為2mm-20mm。

一種全釩液流電池，包括單極板、雙極板、正極電極、離子傳導(dǎo)隔膜、負(fù)極電極，所述雙極板為上述雙極板結(jié)構(gòu)，所述單極板為上述的單極板結(jié)構(gòu)。

所述液流電池依次由單極板、正極電極、離子傳導(dǎo)隔膜、負(fù)極電極、雙極板、正極電極、離子傳導(dǎo)隔膜、負(fù)極電極、雙極板、……、正極電極、離子傳導(dǎo)隔膜、負(fù)極電極、單極板順序疊合而成。

所述液流電池的單極板或雙極板與正極電極或負(fù)極電極之間無液流框；

于所述單極板和雙極板與離子傳導(dǎo)隔膜之間設(shè)有環(huán)狀密封元件。

所述正極電極或負(fù)極電極分別嵌設(shè)于其所貼接的單極板或雙極板的凹槽內(nèi)。

所述單極板和雙極板上的凹槽于單極板或雙極板所在平面上的投影相重合，且形狀、尺寸大小相同；所述正、負(fù)電極厚度與凹槽深度比值1:1-5:1。