[發明專利]一種氧化還原液流電池的電堆

在審

• 申請號: 201611089023.X
• 申請日: 2016-12-01
• 公開（公告）號: CN108134123A
• 公開（公告）日: 2018-06-08
• 發明（設計）人: 邢楓;張華民;李先鋒
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M8/2455
• 分類號: H01M8/2455;H01M8/2465;H01M8/248;H01M8/249
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發明涉及氧化還原液流電池的電堆結構，由電堆下端板、下絕緣板、下集流板、1節單電池或2節以上由雙極板間隔的單電池、上集流板、上絕緣板和電堆上端板依次疊合組裝而成。其中單電池由正極密封墊、正極電極框、嵌入電極框中的正電極、離子傳導膜、嵌入電極框中的負電極、負極電極框和負極密封墊組成。電堆中的單電池液路并聯，位于下絕緣板和上絕緣板之間的單電池電路串聯。通過設置假電池將容易造成電解液分配不均的端電池移到電路串聯電池的外部，使得除假電池外的電解液分配更加均勻，從而減小濃差極化，提高電壓一致性。另外假電池可以作為監控系統開路電壓的SOC電池使用，省去了系統上額外增設SOC電池和管路。

技術領域

本發明涉及液流電池電堆結構，特別涉及液流電池電堆中的單電壓均勻性。

背景技術

人類對于能源的極度苛求正促使能源革命的再次到來，可再生能源作為一種環境友好的能源類型逐漸成為能源結構中的主體，各個國家的能源升級計劃中，都把高效利用可再生能源作為能源結構轉型升級的重中之重。但是可再生能源并不像傳統的火電一樣，輸出可以按照需求調節，其不連續、不穩定、不可控的特征要求必須要有配套的儲能裝置才能與電網緊密配合。儲能裝置可以根據電網不同時段的不同要求，靈活調度可再生能源，提高可再生能源的上網時間，增加效益。這就要求儲能裝置具有高響應、高可靠以及高的能量調度能力。在眾多的儲能技術中，化學儲能以其靈活、可靠的特點成為眾多儲能方式中的首選。而液流電池更是以設計靈活、效率高、環境友好、生命周期內性價比高而成為最有前途的儲能技術。

液流電池的電解液儲存在電池的外部，使用時電解液經循環泵流入電池內部的電極，參與電化學反應后重新流回到電解液儲罐中。商用液流電池均是由電堆構成系統模塊，而電堆是由十幾甚至幾十節單電池通過雙極板串聯而成。電解液經過電堆中的電解液主管路流入各節電池，經常會出現各節電池之間電解液分配不均勻的現象，引起電壓分布不均勻，降低電池性能和壽命。其中以電堆兩端的端電池的不均勻性尤為明顯。原因在于：1、兩側端電池與整個電堆的金屬集流板相連，接觸電阻較大，電流分布不均；2、端電池與端板相鄰，同時也是電堆中電解液主管路的入口端或者末端，與其相配合的特殊的端板O型圈經常采用高壓縮比的設計，裝配壓縮之后會擠占端電池的電解液進出口流道，造成流入的電解液減少，濃差極化增大。所以，在減小端電池與集流板接觸電阻的同時，提高電解液在各節電池中的分配均勻性，才能真正的提高電堆的電壓均勻性。

發明內容

為解決液流電池電堆中端電池電壓過高，電壓均勻性差的問題，本發明提供一種提高電解液在電堆中各電池之間均勻分配的電堆結構，極大地改善了電堆中由于電解液分配不均造成的電池濃差極化增大引起的單電壓不均勻的現象，提高電堆的性能和壽命。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種氧化還原液流電池的電堆，由電堆下端板、下絕緣板、下集流板、1節單電池或2節以上由雙極板間隔的單電池、上集流板、上絕緣板和電堆上端板依次疊合組裝而成，上端板與下端板之間通過螺桿和螺母拉緊而施加裝配壓力；其中單電池由正極密封墊、正極電極框、嵌入電極框中的正電極、離子傳導膜、嵌入電極框中的負電極、負極電極框和負極密封墊依次疊合組成。

在電堆下端板和下絕緣板之間設有絕緣板、1節單電池或2節以上由雙極板或絕緣板間隔的單電池(作為假電池)，形成依次疊合的電堆下端板、絕緣板、單電池和下絕緣板結構；和/或，在電堆上端板和上絕緣板之間設有1節單電池或2節以上由雙極板或絕緣板間隔的單電池(作為假電池)，形成依次疊合的電堆上端板、絕緣板、單電池和上絕緣板結構。

其中位于電堆中的單電池液路并聯，電堆中位于下絕緣板和上絕緣板之間的單電池電路串聯。

上述電堆中的下端板和下絕緣板之間的單電池中的離子交換膜可以用絕緣板更換；和/或，在電堆上端板和上絕緣板之間的單電池中的離子交換膜可以用絕緣板更換。