[發明專利]高功率液流電池板框及碳氈流道設計

在審

• 申請號: 202011487751.2
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN114122445A
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 徐加輝;郭煌
• 申請（專利權）人: 海川太風水儲能科技（無錫）有限公司
• 主分類號: H01M8/026
• 分類號: H01M8/026;H01M8/0263;H01M8/0273;H01M8/18
• 代理公司: 江蘇英特東華律師事務所 32229
• 代理人: 邵驊

高功率液流電池板框及碳氈流道設計，包括板框主體和碳氈流道，板框主體上加工有呈中心對稱分布的正極歧管進口、負極歧管進口和正極歧管出口、負極歧管出口；負極歧管進口和負極歧管出口通過均流通道與碳氈流道聯通，碳氈流道采用交指流道形式；碳氈流道為左右擺動式波浪形或上下起伏式波浪形。本發明均流通道和分區流道呈對稱分布，有利于提高電解液分布均勻性，降低流阻。采用不同形式的碳氈交指流道，左右擺動式和上下起伏式波浪形碳氈流道都有利于電堆性能的提升，降低濃差極化影響以及流阻。通過增大均流流道凸臺寬度，從而將碳氈流道轉為交指流道的流動方式，這種流道配合方式簡單，碳氈受壓也不易變形。

技術領域

本發明屬于液流電池技術領域，特別是涉及一種高功率液流電池板框及碳氈流道設計。

背景技術

中國每年所需的電量巨大，不可再生的能源使用也會逐年遞減，可再生能源，包括風能、太陽能、潮汐能等儲能設備都在不斷完善。風力發電機以及太陽能光伏板的商業化后，可再生能源的利用率越來越高，現在儲存電量一般采用蓄電池，蓄電池帶來的工業污染、安全性以及壽命等問題都有待解決。

液流電池系統作為儲能設備中的一種，以其啟動速度快，充放電響應迅速，運行安全可靠，過載過放能力強，以及液流電池系統輸出功率和儲存容量的因素相互獨立等優點而被視為大規模儲能領域最為理想的儲能技術。對于一些長期受到電力短缺的發展中國家，其風能與太陽能等資源有很豐富，采用液流電池系統可以充分利用可再生能源，從而滿足他們的電力需求。對于一些醫院與部隊，液流電池也可作為備用電源，避免電力突然中斷等問題。

液流電池在我國的商業化進程緩慢，目前還存在很多問題有待解決。液流電池系統結構復雜，而電堆是電池系統的核心零部件。電堆包括：液流板框、離子交換膜、密封墊片、雙極板、碳氈、集流板、絕緣板和端板等。液流電池板框設計是電堆中重要的一部分，板框中一般會設計均流通道，從而讓電解液可以均勻分布在碳氈反應區。碳氈中電解液的分布均勻性直接會影響到離子膜的使用壽命，以及電堆單片電壓整體的一致性。因此，板框中均勻流道設計一直是重要研究的方向。

由于液流電池功率密度低，要想電堆的功率滿足要求，就必須增大碳氈的活性面積或者提高碳氈的功率密度。增大碳氈的面積固然可以提高功率，但均流通道的設計也更加復雜，且電堆太大，系統集成較難，成本也會隨之提高。因此，很多學者便對碳氈進行熱處理，酸處理，這些處理可以一定程度上提高碳氈的功率密度，催化劑的選擇以及電鍍方式同樣影響碳氈的性能，但以上的方法并未對碳氈性能提升起到較大變化。

專利CN 111224144 A中在碳氈中設計不同形狀的流道，發現交指通道相比于無通道碳氈，電壓效率提高7.2％，能量效率提高7.1％，說明在碳氈中設置矩形交指通道可以較大提高電堆性能。但專利中的均流通道并未設計，碳氈流道中的電解液流量并不均等。碳氈中的矩形交指流道為貫穿式，這種方式盡管加工方便，但碳氈更易變形，固定起來較為麻煩，碳氈擠壓下的流道變形也會較大。

發明內容

本發明目的在于針對現有技術的缺陷，提供一種在碳氈中設計不同形狀的交指流道，使得板框均流通道可以與碳氈流道有效結合，在提高碳氈電解液的均勻分布的同時，也能提高碳氈功率密度，提高電堆的能量效率，降低電堆流阻以及提高電堆壽命的高功率液流電池板框及碳氈流道設計。

本發明為實現上述目的，采用如下技術方案：

高功率液流電池板框及碳氈流道設計，包括板框主體和碳氈流道，所述板框主體上加工有呈中心對稱分布的正極歧管進口、負極歧管進口和正極歧管出口、負極歧管出口；其特征在于：所述負極歧管進口和負極歧管出口通過均流通道與所述碳氈流道聯通，所述碳氈流道采用交指流道形式；所述碳氈流道為左右擺動式波浪形或上下起伏式波浪形。

其進一步特征在于：所述負極歧管進口和所述均流通道之間，負極歧管出口和所述均流通道之間，均通過蛇形通道連接。