[實用新型]一種可監測電堆中單電池的嵌入式電極框及全釩液流電池

有效

• 申請號: 201720065587.3
• 申請日: 2017-01-19
• 公開（公告）號: CN206742396U
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 賈志軍;齊濤;王毅;陳德勝;王麗娜
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: H01M8/0273
• 分類號: H01M8/0273;H01M8/18
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司11472
• 代理人: 王宇楊,李彪

技術領域

本實用新型涉及電化學儲能領域相關的制造液流電池電堆的雙極板框的技術領域，具體涉及一種液流電池用雙極板框結構及全釩液流電池。

背景技術

利用風能、太陽能等新能源發電是人類未來從自然界獲取能量的重要途徑之一。由于風能、太陽能等新能源形式在發電過程中具有隨機性的特點，難于保持穩定的電能輸出，需要和一定規模的電能存儲裝置相配合，構成完整的供電系統，保證持續穩定的電能供應。因此，開發電能轉化效率高、存儲容量大、經濟性能好的儲能系統成為發展可再生清潔能源的關鍵。在各種形式的儲能裝置中，液流電池系統具有大容量電能存儲與高效轉化功能，具有使用壽命長、環保、安全的特點，可以用于風能、太陽能發電過程，明顯提高電力輸出質量，為可再生能源的利用提供技術保證。基于液流電池的電網儲能系統可以避免抽水蓄能電站建設周期長，選址地理條件苛刻的缺點，適合于中等規模廠礦企業、賓館酒店、政府部門的不間斷電源使用，能夠有效改善電網供電質量，完成電網的“移峰填谷”作用。

全釩液流電池(vanadium redox flow battery,VRB)是一種新型的化學電源，其通過不同價態的釩離子相互轉化實現電能的存儲與釋放。使用同種釩元素組成電池系統，可以從原理上避免了正負半電池間不同種類活性物質的相互滲透產生的交叉污染。如圖1所示，正極電解液和負極電解液分別存儲在不同的儲罐中，使用循環泵完成充電/放電過程中電解液在電池組和儲罐間的循環流動，從原理上避免了電池存儲過程中的自放電現象，適合于大規模儲能過程應用。當風能、太陽能等發電裝置的功率超過額定輸出功率時，通過對液流電池充電，將電能轉化為化學能存儲在不同價態的氧化還原電偶對中，當發電裝置不能滿足額定輸出功率時，液流電池開始放電，把化學能轉化為電能，保證穩定的電能功率輸出。由于液流電池對于風能、太陽能等新能源發電技術具有特殊重要意義，作為關鍵技術在國內外受到了廣泛的關注。

全釩液流電池充電/放電運行過程中，正極半電池和負極半電池的電極上分別發生一對氧化還原反應：

正極反應：

負極反應：

在上述正半電池和負半電池之間放置質子傳導膜后，構成一個液流電池的單電池。對于全釩液流電池系統，由于單電池僅提供1.3伏左右的電壓，實際使用的全釩液流電池通常由數十個單電池彼此串聯，組成電堆進行工作。在液流電池的電堆組裝過程，需要保證正負極電解液之間的相互隔離，避免電解液發生混合產生自放電問題；同時，具有一定壓強的電解液在電堆內部流動過程，需要保證良好的密封，防止電解液泄漏。為了解決現有液流電池的電堆內部兩種電解液從密封部位泄漏和交叉自放電問題，避免電解液交叉污染，提高庫侖效率，現有液流電池技術(參見中國專利文獻CN1531761A)采用O型密封環同時壓接離子交換膜和板框之間，進行電堆密封，取得一定效果。但是由于電堆是由數十個板框疊合而成的，在組裝過程中難以對齊定位，使得組裝困難。為了克服電堆運行過程中電解液混合發生自放電、以及電解液泄漏問題，在電堆組裝過程中必須將各單電池嚴格對齊，才能實現電堆中各個組件之間，以及電解液通道之間嚴格密封。為了實現不同單電池嚴格對齊的目的，中國專利文獻CN102148389A通過在電池的端板上布置一系列的限制電極板框錯位的桿，穿過電池堆，防止電極板框在裝配過程中出現的參差不齊現象，同時，中國專利文獻CN102569843A提出了一種嵌入式的電極框結構，該結構方便電堆組裝過程中的對位問題，為組裝電堆奠定了結構接觸，但是由于其所述結構過于復雜，使電堆制造過程中產生效率問題，給實際生產與裝配造成障礙，同時該結構中導電塑料雙極板完全內置與雙極板框之中，不能通過雙極板檢測和監測電堆中每個單電池的性能，給電堆的性能測試和運行過程中的監控造成障礙。

為了解決電堆組裝過程操作復雜，上下難對齊，特別是解決電堆中各單電池的檢測和監測問題，本申請提出了一種新型的液流電池用雙極板框結構，在保障安裝精度的同時，實現了單電池性能的可監測。

實用新型內容

本實用新型一個目的在于克服現有技術中的缺陷，提出并研究一種液流電池的相互嵌入式的雙極板框結構。

本實用新型提供了一種可監測電堆中單電池的嵌入式電極框，其特征在于：所述嵌入式電極框包括作為一個單電池的正極半電池用的第一雙極板框、作為相鄰另一個單電池的負極半電池用的第二雙極板框以及夾在所述第一雙極板框和第二雙極板框之間的雙極板，所述嵌入式電極框由三者疊合連接而成，所述第一雙極板框上設置有凸臺，所述第二雙極板框上設置有對應于凸臺的凹槽，所述凸臺卡合于凹槽內。