[發明專利]一種具有分級叉指形流場的液流電池雙極板

有效

• 申請號: 201810862005.3
• 申請日: 2018-08-01
• 公開（公告）號: CN108987763B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 袁艷平;曾義凱;余南陽;曹曉玲;向波;李鳳皓
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H01M8/0258
• 分類號: H01M8/0258;H01M8/18
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

一種具有分級叉指形流場的液流電池雙極板，屬于液流電池技術領域。本發明液流電池用雙極板的供液分配流道和排液分配流道分別設置有若干個分支流道，并使得末級供液分支流道與末級排液分支流道呈叉指狀排列分布且互不連通，這樣強迫電解液從末級供液分支流道中供應至多孔電極中再匯集到末級排液分支流道排出。傳統單級叉指形流場的流道狹窄，阻力大，這就造成了經流道傳輸至多孔電極中的電解液流速受制于流道橫截面積，而相比之下，本發明分級叉指形流場可以靈活獨立設計每一級流道的幾何結構，在保持末級流道尺寸與傳統結構相近的同時，增大了末級流道前各級流道的橫截面積，能夠進一步強化傳質以及降低泵功損耗，提升電池電壓效率及電池系統效率。

技術領域

本發明屬于液流電池技術領域，具體涉及一種具有分級叉指形流場的液流電池雙極板。

背景技術

液流電池是一種大規模儲能技術，因其可擴展性好，安全性好，壽命長，能量效率高，在消納可再生能源、削峰填谷等領域具有廣闊的應用前景。在液流電池中，活性物質以離子形式溶解在液態電解液里，被儲存在外部儲液罐中。當電池充電或者放電時，電解液通過管路被泵送至電化學反應池發生電化學反應以儲存或釋放電能。在液流電池電堆中，雙級板主要作用是傳遞電子，隔絕相鄰兩個單電池內的電解液。通常，液流電池采用傳統的無流場結構(灌流式結構)，雙級板上沒有流場結構，電解液直接流過整個多孔電極，電解液在多孔電極內的流動距離較長。為實現較小的壓降損耗，無流場結構往往采用較厚的電極(3-6毫米)，這導致電池內阻較大，電池性能較差。最近的研究借鑒燃料電池流場設計，在液流電池雙級板兩側引入場流場結構，降低電極液在多孔電極內的流動距離及壓降損耗，使得采用薄電極設計(0.3-1.5毫米)成為可能。基于薄電極結構，電池內阻降低，電池性能明顯提升。現有的液流電池雙級板流場結構包括：蛇形流場，平行流場及叉指形流場。之前的研究表明，叉指形流場繼承了無流場結構強迫對流傳質效果好的優點，同時有效減少電解液在多孔電極內的流動距離，較無流場結構壓降損耗降低。但是現有的單級叉指形流場設計只是針對面積較小的電池，流道結構單一。具有傳統叉指形流場的400cm²大面積液流電池泵功損耗往往可達40mW cm^-2,系統效率較低，難以實際應用。目前，大面積電池(特別是200平方厘米以上)尚未有合理的流場設計，難以同時實現低壓降損耗和良好傳質效果。

發明內容

鑒于上文所述，本發明針對現有技術存在的缺陷，提供了一種具有分級叉指形流場的液流電池用雙極板，通過對每一級流道進行科學合理的設計，不僅增強了傳質效果，而且顯著降低了壓降損耗。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種具有分級叉指形流場的液流電池用雙級板，其特征在于，包括通入電解液的供液口，以及設置在雙級板兩側表面上分別與相應供液口連接的供液分配流道，所述供液分配流道包括若干級供液分支流道，供液口與相應供液分配流道的總管相連接；排液口，以及設置在雙級板兩側表面上分別與相應排液口連接的排液收集流道，所述排液收集流道包括若干級排液分支流道，排液口與相應排液收集流道的總管相連接；末級供液分支流道與末級排液分支流道呈叉指狀排列分布且互不連通。

進一步地，每一級供液分支流道上設置有至少兩個次一級供液分支流道；具體地，所述供液分配流道上設置有至少兩個一級供液分支流道，一級供液分支流道上設置有至少兩個二級供液分支流道，二級供液分支流道上設置有至少兩個三級供液分支流道，以此類推直至末級供液分支流道，使電解液從供應分配流道均勻供應至多孔電極。作為優選方式，所述供液分支流道的級數為二至十極。

進一步地，每一級排液分支流道上設置有至少兩個次一級排液分支流道；具體地，所述排液收集流道上設置有至少兩個一級排液分支流道，一級排液分支流道上設置有至少兩個二級排液分支流道，二級排液分支流道上設置有至少兩個三級排液分支流道，以此類推直至末級排液分支流道，使電解液從多孔電極均勻收集到排液收集流道。作為優選方式，所述排液分支流道的級數為二至十極。

進一步地，上一級供液分支流道的橫截面積大于下一級供液分支流道的橫截面積。