[發明專利]一種復合蛇形流道結構及含有其的全釩液流電池

有效

• 申請號: 202110143599.4
• 申請日: 2021-02-02
• 公開（公告）號: CN112768721B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 熊斌宇;丁宇明;李旸;張清勇;唐金銳;張華軍
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: H01M8/0263
• 分類號: H01M8/0263;H01M8/18
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 劉琳;潘杰

本發明涉及一種復合蛇形流道結構及含有其的全釩液流電池，所示復合蛇形流道結構包括刻蝕在雙極板上的主流道，主流道首段分裂為N支蛇形流道，尾段由N支蛇形流道匯集，N為大于2的自然數，所述蛇形流道寬度相等，均勻分布；每個蛇形流道的底部設置有預留壓縮電極空間。本發明設計預留電極壓縮的空間，通過復合蛇形流道引導電解液流入到預留壓縮電極的空間，然后流入至多孔電極，從而使電解液分布更加均勻，降低過電位，提高電池的性能。

技術領域

本發明屬于全釩液流電池技術領域，具體地指一種復合蛇形流道結構及含有其的全釩液流電池。

背景技術

隨著經濟快速的發展，能源需求急劇增加成為人類目前面臨的主要問題。而傳統能源諸如煤礦等因消耗過多而造成資源枯竭的情況，不能無止境開采，同時也會對環境造成不可逆影響。綠色能源(水力發電，風力發電和太陽能發電等)可以有效緩解上述困難。同時如何將綠色能源大規模儲存成為當下研究的熱點，其中全釩液流電池因其循環壽命長、運行可靠安全、設計靈活、能量效率高而被廣泛關注。

典型的全釩液流電池由電極、離子交換膜、框架、集電器、泵、儲液罐構成。電池在正負兩極發生如下反應：

負極：V³⁺+e^-＝V²⁺

正極：VO²⁺+H₂O-e^-＝VO₂⁺+2H⁺。

離子交換膜允許質子擴散，用來維持電解質平衡，同時也可以避免正負極內的電解質溶液交叉混合。全釩液流電池當中的活性物質只有不同價位的釩離子，充放電不會帶來物相的變化，所以使用壽命長。盡管全釩液流電池擁有諸多優點，但是電解液在多孔電極的分布仍是一個問題，因為電解液分布不均勻會造成電極的過電位過高等問題，從而影響電池的性能。無流道的全釩液流電池的電解液分布不均勻，多孔電極表面無法得到充分的利用，影響電極的效率。同時在實際裝配中，為防止電解質漏液會對電池進行適當地壓縮，這種機械應力會使多孔電極產生形變，把一部分電極壓入流道內，流道的橫截面積也會產生相應變化，從而改變電解液的流速，對電解液在多孔電極中的分布產生影響，從而影響電池性能。因此，設計一種合理的流道使得電解液在多孔電極內分布更均勻對提升全釩液流電池的效率至關重要。

發明內容

本發明針對電解液在多孔電極內分布不均勻的問題提供了一種復合蛇形流道結構及含有其的全釩液流電池，通過復合蛇形流道以及預留電極壓縮的空間使電解液濃度分布更加地均勻，降低過電位，提高電池性能。

為實現上述目的，本發明所設計的一種復合蛇形流道結構，其特殊之處在于，包括刻蝕在雙極板上的主流道，其特征在于：所述主流道首段分裂為N支蛇形流道，尾段由N支蛇形流道匯集，N為大于2的自然數，所述蛇形流道寬度相等，均勻分布；每個所述蛇形流道的底部設置有預留壓縮電極空間。

進一步地，所述預留壓縮電極空間為機械應力對多孔電極的擠壓而導致部分電極被壓進流道的空間，所述預留壓縮電極空間的深度為蛇形流道深度的10％～40％，通過復合蛇形流道引導電解液流入到預留壓縮電極的空間，然后流入至多孔電極，從而使電解液分布更加均勻，降低過電位，提高電池的性能。

更進一步地，所述蛇形流道具有至少一個矩形拐角，且矩形拐角處流道寬度不變。

更進一步地，所述復合蛇形流道的進液口與出液口設置于雙極板的對角上，在對角口上更加利于電解液流經全部電極，避免區域濃度不均勻的情況。

更進一步地，所述預留壓縮電極空間的寬度與蛇形流道的寬度相等，便于減小電極壓縮受到的阻力，減小損耗。

更進一步地，所述蛇形流道之間的間距相等，間距寬度與蛇形流道寬度的比為1:2。在相同流量的情況下，橫截面積小的流道流速會變大，流速的大小也會直接影響電解液的流動從而改變電池的性能。