CN103137983B - 多孔电极组、液流半电池和液流电池堆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多孔电极组、液流半电池和液流电池堆。该多孔电极组包括叠置的多个多孔电极，其中至少两个多孔电极为具有流道的流道电极，且至少两个流道电极的部分流道相互连通形成流场。该多孔电极组的至少一个多孔电极内部设置有供电解液流通的由流道相互连通组成的流场，电解液在流场的导流作用下在多孔电极内流动增加了电解液向多孔电极的实体部分渗透的表面积，减少了多孔电极对电解液流动造成的液流阻力，有效地降低了电解液流动所需的液流压差；而且电解液在流场中流动时，向流场两侧的多孔电极中均匀渗透，提高了液流流动的均一性，减少了因电解液流动不均造成的浓差极化，提高具有其的液流电池的充放电效率。
Description
技术领域
本发明涉及液流电池设计领域，具体而言，涉及一种多孔电极组、液流半电池和液流电池堆。
背景技术
全钒氧化还原液流电池是一种以不同价态的钒离子电解液进行氧化还原的电化学反应装置，能够高效地实现化学能与电能之间的相互转化。该类电池具有使用寿命长，能量转化效率高，安全性好，环境友好等优点，能用于风能发电和光伏发电配套的大规模储能***，是电网削峰填谷、平衡负载的主要选择之一。因此，近年来全钒氧化还原液流电池逐渐成为大容量储能电池研究的重点。
全钒氧化还原液流电池分别以钒离子V2+/V3+和V4+/V5+作为电池的正负极氧化还原电对，将正负极电解液分别存储于两个储液罐中，由耐酸液体泵驱动活性电解液至反应场所（电池堆）再回至储液罐中形成循环液流回路，以实现充放电过程。在全钒氧化还原液流电池储能***中，电池堆性能的好坏决定着整个***的充放电性能，尤其是充放电功率及效率。电池堆是由多片单电池依次叠放压紧，串联而成。其中，单片液流电池的组成如图1所示。1’为液流框，2’为双极板，3’为多孔电极，4’为离子交换膜，各组件组成单片的液流电池，通过N个液流电池的堆叠组成电池堆5’。
现有的液流电池堆内部电解液的流动一般靠多孔电极的渗透传质，这种电解液的流动方式一方面导致电池堆内液流压差很大，泵消耗过高，从而使液流电池***效率降低；另一方面，电池堆内部电解液流动不均匀、浓差极化较大，造成电堆内部损耗，从而使电池的电压效率降低。
发明内容
本发明旨在提供一种多孔电极组、液流半电池和液流电池堆，改善了多孔电极内电解液流动的均一性。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种多孔电极组，多孔电极组包括叠置的多个多孔电极，其中至少两个多孔电极为具有流道的流道电极，且至少两个流道电极的部分流道相互连通形成流场。
进一步地，相邻的上述流道电极的相互连通的流道之间具有在多孔电极的叠置方向上重合的重合段。
进一步地，上述流场为一个或多个，各流场中的各个流道的延伸方向相同。
进一步地，上述流场为一个，流场设置在多孔电极组的中心面上。
进一步地，上述流场为多个，流场的排布方式为：A、各流场平行设置且两端封闭，各流场的两端至与流场延伸方向垂直的多孔电极组的边缘的距离相同；或者B、各流场平行设置且两端封闭，相邻流场沿流道的延伸方向交错排布；或者C、各流场平行设置且一端开口，相邻流场的开口方向相同或相反；或者D、流场被分为平行设置的多个流场组，流场组中包括多个流场，每个流场组的延伸方向与该流场组中的流道的延伸方向平行，且相邻流场组中流场沿流道的延伸方向交错排布；或者E、流场被分为平行设置的多个流场组，流场组中包括多个流场，每个流场组的延伸方向与该流场组中的流道的延伸方向垂直，且每个流场组中的各流场沿流道的延伸方向交错排布。
进一步地，上述流场包括延伸方向相同的流道组成的一个或多个第一流场和垂直于第一流场的延伸方向的一个或多个第二流场。
进一步地，上述流场的排布方式为：F、多孔电极组上具有多个第一流场，且该多个第一流场被分为多个第一流场组，相邻两个第一流场组间设置至少一条第二流场，各第一流场组中包括平行设置的多个第一流场，且相邻的第一流场沿第一流场的流道的延伸方向交错排布；或者G、多孔电极组上具有一个或多个T字形流场组，T字形流场组包括一个第一流场和一个朝向该第一流场中部的第二流场，T字形流场组中的第二流场与第一流场不连通，当T字形流场组为多个时，相邻的两个T字形流场组中，两个第二流场相互平行，两个第一流场位于相应的第二流场的不同端，各相邻的T字形流场组相互之间连通或不连通；或者H、多孔电极组上具有一个或多个I字形流场组，I字形流场组包括平行相对设置的两个第一流场和两端分别朝向两个第一流场中部的一个第二流场，第二流场与第一流场不连通，当I字形流场组为多个时，且各I字形流场组相互之间连通或不连通；或者I、多孔电极组上具有一个或多个Z字形流场组，Z字形流场组包括两个第一流场和一个第二流场，两个第一流场分别设置在第二流场的两侧，且两个第一流场分别与第二流场上不同的端部相连通，当Z字形流场组为多个时，且各Z字形流场组相互之间连通或不连通；或者J、多孔电极组上具有一个或多个两端开口的蛇形流场组，各蛇形流场组包括多个第一流场和多个第二流场，处于两端开口处的第一流场和/或第二流场之间的第一流场和第二流场首尾相连通，且各蛇形流畅组连通或不连通；或者K、多孔电极组上具有一个或多个两端开口的并行流场组，各并行流场组包括两个第一流场和多个第二流场，第二流场设置在第一流场之间并连通第二流场。
根据本发明的另一方面，提供了一种液流半电池，液流半电池包括：液流框，具有边框和由边框形成的电极容纳腔，边框上设置有电解液进口和电解液出口；多孔电极组，嵌设在液流框的电极容纳腔内并与电解液进口和电解液出口相连通，多孔电极组为上述的多孔电极组；双极板，设置在液流框的一侧且与多孔电极组平行。
进一步地，上述多孔电极组的相邻流道电极的相互连通的流道之间具有在多孔电极组的多孔电极的叠置方向上重合的重合段。
进一步地，上述多孔电极组中，供电解液流向远离双极板的多孔电极的重合段的延伸长度大于供电解液流向靠近双极板的多孔电极的重合段的延伸长度。
进一步地，上述液流框包括相对的第一边框和第二边框，电解液进口设置在第一边框上，电解液出口设置在第二边框上，多孔电极组与第一边框和第二边框之间具有间隙。
进一步地，上述多孔电极组的流场具有开口且与第一边框和第二边框垂直，上述间隙连通电解液进口与流场以及电解液出口与流场。
进一步地，上述双极板上具有与电解液进口和电解液出口对应的电解液导流入口和电解液导流出口。
根据本发明的又一方面，提供了一种液流电池堆，包括一个或多个正极半电池、一个或多个负极半电池和设置在正极半电池和负极半电池之间的离子交换膜，正极半电池和负极半电池为上述的液流半电池，且液流半电池的双极板远离离子交换膜设置。
应用本发明的技术方案，多孔电极组的至少一个多孔电极内部设置有供电解液流通的由流道相互连通组成的流场，电解液在流场的导流作用下在多孔电极内流动增加了电解液向多孔电极的实体部分渗透的表面积，减少了多孔电极对电解液流动造成的液流阻力，有效地降低了电解液流动所需的液流压差；而且电解液在流场中流动时，向流场两侧的多孔电极中均匀渗透，提高了液流流动的均一性，减少了因电解液流动不均造成的浓差极化，提高具有其的液流电池的充放电效率。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了现有技术中的液流电池的结构示意图；
图2示出了根据本发明的一种优选的实施例的多孔电极组的结构示意图；
图3示出了根据本发明的另一种优选的实施例的多孔电极组的结构示意图；
图4a示出了根据本发明的又一种优选的实施例的多孔电极组的结构示意图；
图4b示出了根据本发明的又一种优选的实施例的多孔电极组的结构示意图；
图5a和图5b示出了根据本发明的又一种优选的实施例的多孔电极组的结构示意图；
图6示出了根据本发明的又一种优选的实施例的多孔电极组的结构示意图；
图7示出了根据本发明的又一种优选的实施例的多孔电极组的结构示意图；
图8示出了根据本发明的又一种优选的实施例的多孔电极组的结构示意图；
图9示出了根据本发明的又一种优选的实施例的多孔电极组的结构示意图；
图10示出了根据本发明的又一种优选的实施例的多孔电极组的结构示意图；
图11示出了根据本发明的又一种优选的实施例的多孔电极组的结构示意图；
图12a和图12b示出了根据本发明的又一种优选的实施例的多孔电极组的结构示意图；
图13a和图13b示出了根据本发明的又一种优选的实施例的多孔电极组的结构示意图；
图14示出了根据本发明的一种优选的实施例中的液流半电池的结构示意图；
图15示出了根据本发明的又一种优选的实施例的液流半电池的多孔电极组的中电解液的流动示意图，其中箭头指向为电解液的流动方向；
图16示出了根据本发明的又一种优选的实施例的液流半电池的多孔电极组的中电解液的流动示意图，其中箭头指向为电解液的流动方向；
图17示出了根据本发明的又一种优选的实施例的液流半电池的多孔电极组的中电解液的流动示意图，其中箭头指向为电解液的流动方向；
图18示出了根据本发明的又一种优选的实施例的液流半电池的多孔电极组的中电解液的流动示意图，其中箭头指向为电解液的流动方向；
图19示出了根据本发明的又一种优选的实施例的液流半电池的多孔电极组的中电解液的流动示意图，其中箭头指向为电解液的流动方向；
图20示出了根据本发明的又一种优选的实施例的液流半电池的多孔电极组的中电解液的流动示意图，其中箭头指向为电解液的流动方向；
图21示出了根据本发明的又一种优选的实施例的液流半电池的多孔电极组的中电解液的流动示意图，其中箭头指向为电解液的流动方向；以及
图22示出了根据本发明的又一种优选的实施例的液流半电池的多孔电极组的中电解液的流动示意图，其中箭头指向为电解液的流动方向。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图2至图13b所示，在本发明的一种典型的实施方式中，提供了一种多孔电极组，多孔电极组包括叠置的多个多孔电极30，其中至少一个多孔电极30为具有流道31的流道电极，且至少另个流道电极的部分流道31相互连通形成流场。
具有上述结构的多孔电极组，其中至少一个多孔电极30内部设置有供电解液流通的由流道31相互连通组成的流场，电解液在流场的导流作用下在多孔电极30内流动增加了电解液向多孔电极30的实体部分渗透的表面积，减少了多孔电极30对电解液流动造成的液流阻力，有效地降低了电解液流动所需的液流压差；而且电解液在流场中流动时，向流场两侧的多孔电极30中均匀渗透，提高了液流流动的均一性，减少了因电解液流动不均造成的浓差极化，提高具有其的液流电池的充放电效率。
本发明的流场的形成方式有多种，流道31的设计方式也有多种，当相邻的流道电极的部分流道31之间相连通便能在多孔电极30的叠置方向上形成流场，电解液在流场的导流作用下能够在不同的多孔电极30之间流动，能够明显地改善多孔电极组内电解液流动的均一性。
本发明的多孔电极组内的多孔电极30的厚度可以相同也可以不同，不同厚度比例的多孔电极组对于电解液的传输方向以及电解液在局部区域的传质效率有不同的影响，本领域技术人员可以依据对传质效率的需求对多孔电极30的厚度进行优选。
在本发明的一种优选的实施例中，上述相邻的流道电极的相互连通的流道31之间具有在多孔电极30的叠置方向上重合的重合段。流道31之间采用重合段进行连通，只需要在制作流道31时适当延长流道31的长度，制作方法简单，并能保证电解液在多孔电极组中的顺畅流动。
如图2至7所示，上述流场为一个或多个，各流场中的各个流道31的延伸方向相同。流场沿横向延伸或者沿纵向延伸，在流场与多孔电极组的接触面上形成的均匀的液流压强，从而传递到多孔电极组内未设置流场的部位也能形成相对均匀的液流压强，使多孔电极组内部的液流实现均匀流动。
如图2所示，在本发明的一种优选的实施例，上述多孔电极组的流场为一个，流场设置在多孔电极组的中心面上。当在多孔电极组的中心面上设置一条流场时，该流场可以设置在横向中心面上，也可以设置在纵向中心面上，分布在流场两侧的多孔电极组内部的电解液在流场内部的电解液的均匀压强下能实现均匀流动。
如图3至图7所示，在本发明的一种优选的实施例，上述多孔电极组的流场为多个，流场的排布方式为：A、各流场平行设置，且各流场的两端至与流场延伸方向垂直的多孔电极组的边缘的距离相同；或者B、各流场平行设置，且相邻流场沿流道31的延伸方向交错排布；或者C各流场平行设置且一端开口，相邻所述流场的开口方向相同或相反；或者D、流场被分为平行设置的多个流场组，流场组中包括多个流场，每个流场组的延伸方向与该流场组中的流道31的延伸方向平行，且相邻流场组中流场沿流道31的延伸方向交错排布；或者E、流场被分为平行设置的多个流场组，每个流场组的延伸方向与该流场组中的流道31的延伸方向垂直，流场组中包括多个流场，且每个流场组中的各流场沿流道31的延伸方向交错排布。
当多孔电极组中的流场的排布方式为A时，如图3所示，两个相邻的流场的间距可以相等也可以不同，当相邻的流场的间距沿电解液纵向流动的方向减小时，流场之间的多孔电极区域的体积也沿着同一方向减小，因此更有效地避免了随着电解液的流动路线的延长电解液的流速减慢，导致对多孔电极区域产生的液体压强变小、电解液流速进一步减小的问题。采用排布方式A，流场内的电解液对其要流过的多孔电极区域产生比较均匀的压强，从而使电解液在多孔电极组中均一流动，流场不仅可以以图3中所示的横向延伸的方式进行排布，也可以以纵向延伸的方式进行排布，而且相邻的流场的间距可以相等也可以不相等，优选相邻的流场的间距沿电解液横向流动的方向减小。
当多孔电极组中的流场的排布方式为B时，如图4a所示，横向延伸的流场以排布方式B进行交错排布，相邻的流场的间距可以相等也可以不相等，优选相邻的流场的间距沿电解液纵向流动的方向减小，以及如图4b所示，纵向延伸的流场以排布方式B进行交错排布，相邻的流场的间距可以相等也可以不相等，优选相邻的流场的间距沿电解液横向流动的方向减小，都可以使相邻的流场之间对电解液流动产生一定的压强，在相邻的流场的综合作用下，使得电解液在多孔电极组中均一流动。
当多孔电极组中的流场的排布方式为C时，如图5a和图5b所示，电解液由具有开口的流场进入多孔电极组内，并由流场渗透进入多孔电极组的实体内，电解液分流，改善了电解液在多孔电极组内流动的均一性。
当多孔电极组中的流场的排布方式为D时，如图6所示，综合了排布方式A和B的优势，因此，流场以上述排布方式D设置降低了电解液流动所需的液流压差在多孔电极组内部实现均一流动。
当多孔电极组中的流场为E时，如图7所示，纵向延伸的流场以排布方式E排布时也能实现与如图6所示的排布方式的技术效果。
上述多孔电极组的流场包括延伸方向相同的流道31组成的一个或多个第一流场和沿垂直于第一流场的延伸方向的一个或多个第二流场。将相互垂直的第一流场和第二流场综合排布使得电解液在多孔电极组内部产生的液流压强更加均匀，更好的实现了电解液在多孔电极组内部均一流动的效果。
如图8至图13b所示，在本发明的又一种优选的实施例中，上述流场的排布方式为：F、多孔电极30上具有多个第一流场，且该多个第一流场被分为多个第一流场组，相邻两个第一流场组间设置至少一条第二流场，各第一流场组中包括平行设置的多个第一流场，且相邻的第一流场沿第一流场的流道31的延伸方向交错排布；或者G、多孔电极30上具有一个或多个T字形流场组，T字形流场组包括一个第一流场和一个朝向该第一流场中部的第二流场，T字形流场组中的第二流场与第一流场不连通，当T字形流场组为多个时，相邻的两个T字形流场组中，两个第二流场相互平行，两个第一流场位于相应的第二流场的不同端，各相邻的T字形流场组相互之间连通或不连通；或者H、多孔电极30上具有一个或多个I字形流场组，I字形流场组包括平行相对设置的两个第一流场和两端分别朝向两个第一流场中部的一个第二流场，第二流场与第一流场不连通，当I字形流场组为多个时，且各I字形流场组相互之间连通或不连通；或者I、多孔电极组上具有一个或多个Z字形流场组，Z字形流场组包括两个第一流场和一个第二流场，两个第一流场分别设置在第二流场的两侧，且两个第一流场分别与第二流场上不同的端部相连通，当Z字形流场组为多个时，且各Z字形流场组相互之间连通或不连通；或者J、多孔电极组上具有一个或多个两端开口的蛇形流场组，各蛇形流场组包括多个第一流场和多个第二流场，处于两端开口处的第一流场和/或第二流场之间的第一流场和第二流场首尾相连通，且各蛇形流畅组连通或不连通；或者K、多孔电极组上具有一个或多个两端开口的并行流场组，各并行流场组包括两个第一流场和多个第二流场，第二流场设置在第一流场之间并连通第二流场。
当本发明的多孔电极组中的流场的排布方式为F时，如图8所示，横向延伸的第二流场流道将多孔电极组分为均匀的几个多孔电极区域，每个多孔电极区域内部设置的纵向延伸的第一流场流道平行分布，且相互交错排布，这样在每个多孔电极区域中形成一个供电解液更好地均一流动的小区域，这些小区域组合起来便得到一个内部具有电解液均一分布的多孔电极组，当使图7中的第二流场流道纵向延伸且第一流场流道横向延伸时，也能实现上述电解液在多孔电极组内部均一分布。
当本发明的多孔电极组中的流场的排布方式为G时，如图9所示，正T字形和倒T字形交叉排布，此外，T字形也可以全部以正T字形排布也可以全部以倒T字形排布，而且，每个T字形的第一流场与第二流场之间的间隔距离可以相同也可以不同。T字形周围的液流压强均一，而且，T字形的个数越多，多孔电极组内部的流场越多，在多孔电极组中电解液流动受到的阻力越小，电解液的更易实现均一的效果。
当本发明的多孔电极组中的流场的排布方式为H时，如图10所示，I字形按图10所示进行分布，I字形周围的液流压强均一，而且，I字形的个数越多，多孔电极组内部的流场越多，在多孔电极组中电解液流动受到的阻力越小，电解液的更易实现均一的效果。
当本发明的多孔电极组中的流场的排布方式为I时，按照图11所示设置多孔电极组中的Z字形的流场，电解液在该Z字形的流场内流动时，对该Z字形周围的液流产生均一的压强，而且，Z字形的个数越多，多孔电极组内部的流场越多，在多孔电极组中电解液流动受到的阻力越小，电解液的更易实现均一流动的效果。
当本发明的多孔电极组中的流场的排布方式为J时，如图12a和图12b所示，电解液由位于上部的流道电极的流道31内进入多孔电极组内，并沿着由流道31进入位于下方的流道电极内，然后再沿着流道31流入位于上方的流道电极内，电解液沿着该多孔电极组的流场流动的同时向多孔电极组的实体部分渗透，使得整个多孔电极组内的电解液流动趋于均一化，改善了因为电解液流动不均匀造成的浓差极化的现象。
当本发明的多孔电极组中的流场的排布方式为K时，如图13a至图13b所示，电解液由第一流场进入多孔电极组内，并流向各第二流场，然后沿着第二流场流向各层多孔电极30，最后沿着第一流场流出多孔电极组，在电解液沿着流场流动的同时电解液向多孔电极组的实体内渗透，同样也能实现电解液均一流动的效果。
如图14所示，在本发明的另一种典型的实施方式中，提供了一种液流半电池，液流半电池包括液流框1、多孔电极组3和双极板2，液流框1具有边框11和由边框11形成的电极容纳腔，边框11上设置有电解液进口和电解液出口；多孔电极组3嵌设在液流框1的电极容纳腔内并与电解液进口和电解液出口相连通，多孔电极组3为上述的多孔电极组；双极板2设置在液流框1的一侧且与多孔电极组3平行。
具有上述结构的液流半电池，多孔电极组3与液流框1的电解液进口12和电解液出口13相连通使得电解液能够快速地输送到多孔电极组2内，并通过多孔电极组3的流场在多孔电极组3的叠置的多孔电极30内流动、渗透，由于流场的存在减少了电解液在多孔电极组3内流动时的阻力改善了液流的均一性，增加了电解液在多孔电极组内的传质效率，降低了浓差极化和液流压降，提高了液流半电池的充放电效率。
为了便于本领域技术人员理解本发明的液流半电池的结构，发明人对图14所示的液流半电池的结构进行举例性说明，该说明并不能限制本发明的液流半电池的结构设计，设定正极电解液进口位于液流框1的左下角处，正极电解液出口位于液流框1的右上角处（图中未示出）。
液流框1的电解液进口和电解液出口的设置位置可以根据实际需要进行适当的变化，如图15至22所示，可以通过电解液进口和电解液出口以及流道31的设置之间的配合控制电解液流入多孔电极组3的位置和方向以及流出多孔电极组3的位置和方向。
如图15至22所示，在本发明的一种优选的实施例中，上述多孔电极组3相邻流道电极的相互连通的流道31之间具有在多孔电极组3的多孔电极30的叠置方向上重合的重合段。流道31之间采用重合段进行连通，只需要在制作流道31时适当延长流道31的长度，制作方法简单，并能保证电解液在多孔电极组中的顺畅流动。
如图21和图22所示，上述多孔电极组3中，供电解液流向远离双极板2的多孔电极30的重合段的延伸长度大于供电解液流向靠近双极板2的多孔电极30的重合段的延伸长度。
由于，在充放电反应过程中远离双极板2的多孔电极30反应效率较高，优选远离双极板2的多孔电极30的流道31较短，而多孔电极30的实体部分较多；同样靠近双极板2的多孔电极30在充放电反应过程中的反应效率较低，优选靠近双极板2的多孔电极30的流道31较长，而多孔电极的实体部分较少。上述结构设计使得远离双极板2的多孔电极30在流道31中获得更多的电解液流量，而靠近双极板2的多孔电极30获得较少的电解液流量，从而在反应效率更高的多孔电极30中提供更多的电解液流量与反应离子，最终提高电极反应和使用效率，从而进一步提高电池效率。
在本发明的一种优选的实施例中，上述液流半电池的液流框1包括相对的第一边框和第二边框，电解液进口设置在第一边框上，电解液出口设置在第二边框上，多孔电极组3与第一边框和第二边框之间具有间隙。
设置有电解液进口12的第一边框和电解液出口的第二边框与多孔电极组3之间设置有间隙，利用该间隙将由电解液进口流入的电解液均匀地输送到与多孔电极30的流道内或渗透到多孔电极30内，然后在多孔电极组3的多孔电极30之间相互流动，实现高效率的充放电反应。
本发明为了进一步改善多孔电极组3和液流框1之间的电解液的流动性，优选多孔电极组3的流场具有开口且与第一边框和第二边框垂直，间隙连通电解液进口与流场以及电解液出口与流场。当多孔电极组的流场具有开口时，如图5a、图5b所示的C排布方式的流场、图12a和图12b所示的J排布方式的流场、图13a和图13b所示的K排布方式的流场均具有开口，利用与流场垂直设置的间隙将由电解液进口流入的电解液同时进入具有开口的流场内，改善了电解液在多孔电极30内流动的均一性，并且利用间隙和电解液出口及时地将反应之后的电解液输送出多孔电极30，提高了液流半电池的充放电效率。
在本发明的又一种优选的实施例中，上述液流半电池的双极板2上具有与电解液进口和电解液出口对应的电解液导流入口和电解液导流出口。通过在双极板2上设置于电解液进口和电解液出口相对应的电解液导流入口和电解液导流出口，使电解液依次经过电解液导流入口、电解液进口、多孔电极组3、电解液出口和电解液导流出口，使得电解液流入液流半电池和流出液流半电池的路径尽可能地短，并且提高了液流半电池的集成度和结构的紧凑程度。
本发明的液流半电池的液流框1上可以同时设置正极电解液进口、正极电解液出口、负极电解液进口和负极电解液出口，双极板2上可以同时设置与正极电解液进口相对应的正极电解液导流入口、与正极电解液出口相对应的正极电解液导流出口、与负极电解液进口相对应的负极电解液导流入口以及与负极电解液出口相对应的负极电解液导流出口，并且通过目前常用的密封圈与密封槽配合的方式将流动中的正极电解液和负极电解液隔离开来。
在本发明的另一种典型的实施方式中，提供了一种液流电池堆，包括一个或多个正极半电池、一个或多个负极半电池和设置在正极半电池和负极半电池之间的离子交换膜4，正极半电池和负极半电池为上述的液流半电池，且液流半电池的双极板2远离离子交换膜4设置。
上述的液流电池堆具有本发明的液流半电池，因此，该液流电池堆也具有较高的充放电效率。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种多孔电极组，其特征在于，所述多孔电极组包括叠置的多个多孔电极(30)，其中至少两个所述多孔电极(30)为具有流道(31)的流道电极，且至少两个所述流道电极的部分所述流道(31)相互连通形成流场，其中，相邻的所述流道电极的相互连通的所述流道(31)之间具有在所述多孔电极(30)的叠置方向上部分重合的重合段。
2.根据权利要求1所述的多孔电极组，其特征在于，所述流场为一个或多个，各所述流场中的各个所述流道(31)的延伸方向相同。
3.根据权利要求2所述的多孔电极组，其特征在于，所述流场为一个，所述流场设置在所述多孔电极组的中心面上。
4.根据权利要求2所述的多孔电极组，其特征在于，所述流场为多个，所述流场的排布方式为：
A、各所述流场平行设置且两端封闭，各所述流场的两端至与所述流场延伸方向垂直的所述多孔电极组的边缘的距离相同；或者
B、各所述流场平行设置且两端封闭，相邻所述流场沿所述流道(31)的延伸方向交错排布；或者
C、各所述流场平行设置且一端开口，相邻所述流场的开口方向相同或相反；或者
D、所述流场被分为平行设置的多个流场组，所述流场组中包括多个所述流场，每个所述流场组的延伸方向与该流场组中的所述流道(31)的延伸方向平行，且相邻所述流场组中所述流场沿所述流道(31)的延伸方向交错排布；或者
E、所述流场被分为平行设置的多个流场组，所述流场组中包括多个所述流场，每个所述流场组的延伸方向与该流场组中的所述流道(31)的延伸方向垂直，且每个所述流场组中的各所述流场沿所述流道(31)的延伸方向交错排布。
5.根据权利要求2所述的多孔电极组，其特征在于，所述流场包括延伸方向相同的所述流道(31)组成的一个或多个第一流场和垂直于所述第一流场的延伸方向的一个或多个第二流场。
6.根据权利要求5所述的多孔电极组，其特征在于，所述流场的排布方式为：
F、所述多孔电极组上具有多个第一流场，且该多个第一流场被分为多个第一流场组，相邻两个第一流场组间设置至少一条所述第二流场，各第一流场组中包括平行设置的多个第一流场，且相邻的所述第一流场沿所述第一流场的流道(31)的延伸方向交错排布；或者
G、所述多孔电极组上具有一个或多个T字形流场组，所述T字形流场组包括一个所述第一流场和一个朝向该第一流场中部的所述第二流场，所述T字形流场组中的所述第二流场与所述第一流场不连通，当所述T字形流场组为多个时，相邻的两个所述T字形流场组中，两个第二流场相互平行，两个第一流场位于相应的第二流场的不同端，各相邻的所述T字形流场组相互之间连通或不连通；或者
H、所述多孔电极组上具有一个或多个I字形流场组，所述I字形流场组包括平行相对设置的两个第一流场和两端分别朝向所述两个第一流场中部的一个所述第二流场，所述第二流场与所述第一流场不连通，当所述I字形流场组为多个时，且各所述I字形流场组相互之间连通或不连通；或者
I、所述多孔电极组上具有一个或多个Z字形流场组，所述Z字形流场组包括两个第一流场和一个第二流场，两个所述第一流场分别设置在第二流场的两侧，且两个所述第一流场分别与所述第二流场上不同的端部相连通，当所述Z字形流场组为多个时，且各所述Z字形流场组相互之间连通或不连通；或者
J、所述多孔电极组上具有一个或多个两端开口的蛇形流场组，各所述蛇形流场组包括多个第一流场和多个第二流场，处于所述两端开口处的第一流场和/或第二流场之间的所述第一流场和所述第二流场首尾相连通，且各所述蛇形流畅组连通或不连通；或者
K、所述多孔电极组上具有一个或多个两端开口的并行流场组，各所述并行流场组包括两个第一流场和多个第二流场，所述第二流场设置在所述第一流场之间并连通所述第二流场。
7.一种液流半电池，其特征在于，所述液流半电池包括：
液流框(1)，具有边框(11)和由所述边框(11)形成的电极容纳腔，所述边框(11)上设置有电解液进口和电解液出口；
多孔电极组(3)，嵌设在所述液流框(1)的所述电极容纳腔内并与所述电解液进口和电解液出口相连通，所述多孔电极组(3)为权利要求1至6中任一项所述的多孔电极组；
双极板(2)，设置在所述液流框(1)的一侧且与所述多孔电极组(3)平行，其中，所述多孔电极组(3)的相邻流道电极的相互连通的所述流道(31)之间具有在所述多孔电极组(3)的多孔电极(30)的叠置方向上重合的重合段。
8.根据权利要求7所述的液流半电池，其特征在于，所述多孔电极组(3)中，供电解液流向远离所述双极板(2)的多孔电极(30)的重合段的延伸长度大于供电解液流向靠近所述双极板(2)的多孔电极(30)的重合段的延伸长度。
9.根据权利要求7所述的液流半电池，其特征在于，所述液流框(1)包括相对的第一边框和第二边框，所述电解液进口设置在所述第一边框上，所述电解液出口设置在所述第二边框上，所述多孔电极组(3)与所述第一边框和所述第二边框之间具有间隙。
10.根据权利要求9所述的液流半电池，其特征在于，所述多孔电极组(3)的流场具有开口且与所述第一边框和所述第二边框垂直，所述间隙连通所述电解液进口与所述流场以及所述电解液出口与所述流场。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的液流半电池，其特征在于，所述双极板(2)上具有与所述电解液进口和电解液出口对应的电解液导流入口和电解液导流出口。
12.一种液流电池堆，包括一个或多个正极半电池、一个或多个负极半电池和设置在所述正极半电池和所述负极半电池之间的离子交换膜(1)，其特征在于，所述正极半电池和所述负极半电池为权利要求7至11中任一项所述的液流半电池，且所述液流半电池的双极板(2)远离所述离子交换膜(1)设置。
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
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