[實用新型]一種提高電解液分布均勻性的液流電池及電極結構

有效

• 申請號: 201820954470.5
• 申請日: 2018-06-20
• 公開（公告）號: CN208460880U
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 劉柏辰;鄭夢蓮;孫潔;趙俊雄;田帥奇;張良;范利武;俞自濤
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01M8/0263
• 分類號: H01M8/0263
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

本實用新型公開了一種提高電解液分布均勻性的液流電池及電極結構，屬于新能源儲能領域。本實用新型中的液流電池電極結構是通過對電極的布置結構進行創造性地改進，并根據電極的布置設計中間進液、四周出液的供液方式。該電極結構及基于其設計的液流電池能有效提高電解液的分布均勻性，提高電極的反應活性面積及電解液滲透性，從而提高電解液利用率和功率密度。

技術領域

本實用新型屬于新能源儲能領域，具體涉及一種提高電解液分布均勻性的液流電池及電極結構。

背景技術

近年來，隨著煤炭等化石能源的消耗以及人類對能源的需求逐漸增大，能源形勢變得十分嚴峻，以傳統化石能源為支撐的能源供應結構無法再滿足人類可持續發展的需要。有效地利用和開發可再生能源(如風能、太陽能等)變得愈加重要。可再生能源的規模化利用是能源發展的必然趨勢，然而在實際應用中，可再生能源普遍受到環境和外部條件的限制，具有明顯的間歇性和不連續性，在并網是會對電網產生較為嚴重的沖擊。因此，我們需要在并網時配置相應的儲能設備，在能源充足時儲存電能，在電量缺乏時并網發電，調節能源的供需矛盾，實現削峰填谷，進而實現能源的高效利用與平穩連續的電能輸出。

大規模高效儲能技術在這個過程中占據著十分重要的地位，是解決可再生能源發電不連續性、不穩定性、不可控性的關鍵瓶頸技術。為了適應不同領域的需要，目前已經得到開發和研究的儲能技術有：壓縮空氣儲能、飛輪儲能、抽水蓄能、液流電池技術、鋰電池技術等。與其他儲能技術相比，全釩液流電池(VRFB) 有以下優勢：功率和能量分開，設計靈活；有模塊化結構設計，可逆性高，因此壽命較長；兩個半電池中使用相同元素，可以有效避免電解液交叉污染。近年來，全返液流電池的研究開發、工程化及產業化也不斷取得重要進展，在大規模儲能技術領域中表現出巨大的應用前景。

全釩液流電池主要由電堆單元、電解液溶液及電解液溶液儲供單元、控制管理單元等部分構成，其主要活性物質為釩元素。在充放電過程中，不同價態的釩離子(正極電對：VO2+/VO2+，負極電對：V3+/V2+)相互轉化以實現化學能和電能的相互轉換。

全釩液流電池的正極和負極電解液分別裝在兩個儲罐中，利用送液泵將電解液泵入電堆，電解液中的活性物質在電極上滲透并在電極表面參與電化學氧化還原反應，反應完成后的電解液流出電堆并重新進入電解液儲液罐中，與未充電的電解液進行混合。

液流電池的電堆由數節或數十節單電池按壓濾機的方式疊合組裝。每一個單電池都分別按照：集流體、液流框、雙極板、電極、質子交換膜的順序從外向內組裝，形成電堆結構后再在最外側加裝端板完成組裝。其中，電極為電化學反應的進行提供了反應場所，而雙極板起到分隔正負極電解液的作用。此外，液流電池系統還包括電解液儲液罐、循環泵、管道、輔助設備等外部裝置。

多孔電極是液流電堆系統的核心。向電堆中泵入的電解液主要包括兩個部分，一部分滲透到多孔電極內發生電化學反應(有效流動)，另一部分沒有參與反應流出電堆(無效流動)，因此，提高電解液在多孔電極中的滲透率可以提高電解液的有效利用率，降低電解液泵入量需求，從而降低泵損，提高液流電池系統的效率。由于電極材料的孔徑小，孔結構無序，使得流經阻力大，能量損失多，并且流速低，流動死區多等缺點。除此之外，還會存在電解液分布不均勻的問題，引起濃差極化損失，甚至會堵塞多孔電極，使電池效率和壽命大打折扣。

目前，改善電解液分布均勻性的方法只要是通過在雙極板上開設流道的方式，目前常見的有平行流道、蛇形流道、交指型流道等。通過流道的設計使電解液沿著流道微槽流動，可以使得電解液的流速大大提高。但同樣存在均勻性效果不高、流道過長使得泵損過大等缺陷。例如，為了提高電解液在多孔電極上分布的均勻性。相關技術人員做了深入研究，出現了以下技術：

申請號為CN201510922237.X的發明專利公開了一種蛇形流道的雙極板及其在全釩液流電池中的應用，主要涉及一種蛇形流道的雙極板，于雙極板的二側表面設有用于流體流動的蛇形流道，沿流體流動方向于流道內設有擾流槽。