CN103811779A - 液流电池用电极框、电堆及其电池*** - Google Patents

液流电池用电极框、电堆及其电池*** Download PDF

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Abstract

液流电池用电极框，具有框体结构，所述框体具有内边缘、外边缘和两个侧面，其特征在于，沿所述框体的一个侧面的内边缘设有凹陷部，凹陷部也为框体结构，具有凹陷部内边缘和凹陷部外边缘。本发明有效的解决了目前液流电池电堆双极板在电解液公共管路处的腐蚀性问题，提高了电堆的运行稳定性和可靠性；利用本发明的电极框，组装相同规格电堆需要的双极板面积减小，提高了双极板的利用效率；采用本发明所设计的电极框组装的液流电池电堆不需要设置双极板定位孔，节省组装过程中双极板的定位工作，简化了组装工序，提高了电堆的组装效率。

Description

液流电池用电极框、电堆及其电池***
技术领域
本发明涉及液流电池用电极框、电堆及其电堆***，属于液流电池技术领域。
背景技术
世界范围的能源紧张和环境加剧恶化的态势促使世界各国开发和利用可再生能源的呼声日益高涨。但无论太阳能还是风能，都存在能量供应的不稳定性，需要性能优良的储能***与之配套。电网的削峰填谷、平衡负荷也需要规模储能技术。
作为新型绿色二次蓄电池，液流电池拥有安全性高、设计灵活、快速响应、无特殊地形要求、运行和维护费用较低等其他二次电池所难以比拟的优势，已经在太阳能储能***、风电储能***、大型应急电源***和电力***削峰填谷等多个领域成功应用。
液流电池的单电池标准开路电压较小，为满足实际应用，需要将一定数量的单电池串联组装成电堆，以便得到所需的电压，如图1所示。液流电池电堆通常由双极板、电极框、离子传导膜、电极、端板、集流板和其它部件组成。电解液通过电堆内部的公共管路进入各单电池的正负极电极，正极或负极电解液均以并联的方式实现对各单电池的分配。如图1所示，在目前电堆组装方式中，往往选择双极板和电极框的面积相同，双极板与电极框上的电解液通道位置及尺寸一致，在组装时相互对应，形成连续、同心、贯穿的电解液公共管路。
液流电池在充放电过程中，电堆内部电解液公用管路是最为薄弱的部分之一，因为流动的电解液与接触的双极板材料相互碰撞和接触，会使得在如图2所示椭圆形区域内的电解液公共管路处发生化学及电化学腐蚀。上述现象的发生会导致电堆性能的衰减，随着电堆运行时间的延长，会导致电解液在双极板腐蚀处形成互串，失去分隔正负极电解液的作用，造成电堆无法工作。
发明内容
本发明的目的是通过电极框和双极板的结构及其匹配的改进，解决在电解液公共管路部位处双极板的腐蚀问题，从而提高电堆运行稳定性能和可靠性。
本发明液流电池用电极框，具有框体结构，所述框体具有内边缘、外边缘和两个侧面，其特征在于，沿所述框体的一个侧面的内边缘设有凹陷部，凹陷部也为框体结构，具有凹陷部内边缘和凹陷部外边缘。
电极框凹陷部如图6所示。
本发明还提供液流电池电堆，依次包括作为一个单电池的正电极用的正极电极框、双极板和作为相邻的另一个单电池的负电极用的负极电极框，所述正极电极框和所述负极电极框具有上述所述的液流电池用电极框的结构，所述凹陷部位于所述正极电极框和所述负极电极框靠近双极板的侧面，所述双极板的长度不大于凹陷部外边缘的长度，所述双极板的宽度不大于凹陷部外边缘的宽度。
进一步地，所述正极电极框的凹陷部和负极电极框的凹陷部为镜像对称结构。
进一步地，所述凹陷部的厚度为双极板厚度的1/9～1。
进一步地，所述凹陷部的厚度为双极板厚度的1/2～1。
进一步地，所述凹陷部的厚度为双极板厚度的一半。
上述所述厚度的误差不大于±0.2mm。
进一步地，为了解决双极板与电极框间的密封问题，所述正极电极框和负极电极框的凹陷部分别设有第一密封结构，所述电极框与双极板通过第一密封结构紧密连接。以保证双极板两侧电解液的隔离。
如图8所示，第一密封结构为线密封形式，即凹陷部与双极板采用线密封，是指分别在正极电极框和负极电极框的凹陷部，对称设置两条密封槽，并采用与密封槽相适应的密封条实现电极框与双极板的紧密连接。
如图9所示，第一密封结构为面密封形式，即凹陷部与双极板采用面密封，是指分别在正极电极框和负极电极框的凹陷部，对称设置密封垫，实现电极框与双极板的紧密连接。
液流电池的正极电极框和负极电极框设有电解液公共管路，进一步地，为了解决电解液公共管路电解液的内漏和外漏问题，本发明所述正极电极框或/和负极电极框在电解液公共管路的圆周方向的外侧设有第二密封结构，正极电极框和负极电极框通过第二密封结构紧密连接。
如图10所示，第二密封结构为线密封形式，即在正极电极框或负极电极框电解液公共管路的圆周方向的外侧设有密封槽，并采用与密封槽相适应的密封条实现正极电极框和负极电极框的紧密连接。
如图11所示，第二密封结构为面密封形式，即在正极电极框或负极电极框电解液公共管路的圆周方向的外侧，对称设置密封垫，实现正极电极框和负极电极框的紧密连接。
进一步地，所述面密封的材料，即密封垫为硅橡胶、三元乙丙橡胶或氟橡胶，其中优选氟橡胶。
本发明还提供液流电池***，包括以上所述的液流电池用电极框，或包括以上所述的液流电池电堆。
本发明有如下特点：电极框的内侧区域同外侧区域相比，厚度要小，该区域（即凹陷部）的外形尺寸与双极板尺寸相互匹配，在组装电堆时，具有镜像对称结构的两个电极框扣在一起，双极板在放置在两个电极框内侧区域扣合形成的空间内，如图7所示。
1、本发明有效的解决了目前液流电池电堆双极板在电解液公共管路处的腐蚀性问题，提高了电堆的运行稳定性和可靠性；
2、利用本发明的电极框，组装相同规格电堆需要的双极板面积减小，提高了双极板的利用效率；
3、采用本发明所设计的电极框组装的液流电池电堆不需要设置极板定位孔，节省了组装过程中双极板的定位工作，简化了组装工序，提高了电堆的组装效率。
附图说明
本发明附图12幅，
图1为传统液流电池电堆组装示意图；
图2为传统液流电池双极板与电极框的电解液公共管路结构图；
图3为本发明电极框结构示意图；
图4为本发明电极框结构A-A剖面示意图；
图5为本发明电极框结构B-B剖面示意图；
图6为本发明电极框凹陷部结构示意图；
图7本发明电极框与双极板组装结构示意图；
图8为本发明电极框与双极板组装用线密封示意图；
图9为本发明电极框与双极板组装用面密封示意图；
图10为本发明电极框电解液公共管路处的线密封示意图；
图11为本发明电极框电解液公共管路处的面密封示意图；
图12为本发明液流电池电堆及其组装示意图；
图中：1、双极板；2、电极框；3、离子传导膜；4、电极；5、端板；6、集流板；7、电解液公共管路；8凹陷部。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1
电极框尺寸：电极框2外边缘尺寸长为1000mm，宽为800mm，厚度为5mm；电极框内边缘长度为800mm，宽度为600mm；电极框凹陷部8厚度为0.5mm±0.1mm，电极框凹陷部宽度为25mm。
双极板1为碳塑导电复合材料板，长度为848mm，宽度为648mm，厚度为1.0mm；
双极板1与电极框2采用面密封方式，密封垫厚度为0.2mm；
电极框的框体电解液公共管路周边采用线密封方式，密封线线径为0.2mm；
离子传导膜尺寸：长度为1000mm，宽度为800mm；
电极材料为碳毡，长度为800，宽度为600mm；
按照常规方法，如图12所示，按顺序串联各单电池，将端板5、集流板6、第一双极板、第一正极电极框、第一正电极、离子传导膜、第一负电极、第一负极电极框、第二双极板、第二正极电极框……，依次类推其余部件在一定压力下组装成电堆。
实施例2
电极框尺寸：电极框外边缘尺寸长为500mm，宽为400mm，厚度为3mm；电极框内边缘长度为400mm，宽度为300mm；电极框凹陷部厚度为0.3mm±0.1mm，电极框凹陷部宽度为20mm。
双极板为碳塑导电复合材料板，长度为448mm，宽度为348mm，厚度为0.6mm；
与双极板接触的电极框一侧采用线密封方式，密封线线径为0.2mm；
电极框电解液公共管路通道间采用面密封方式，密封垫厚度为0.2mm；
离子传导膜尺寸：长度为500mm，宽度为400mm；
电极材料为碳毡，长度为400，宽度为300mm；
按照常规方法，如图12所示，按顺序将端板5、集流板6、第一双极板、第一正极电极框、第一正电极、离子传导膜、第一负电极、第一负极电极框、第二双极板、第二正极电极框……，依次类推其余部件在一定压力下组装成电堆。

Claims (10)

1.液流电池用电极框，具有框体结构，所述框体具有内边缘、外边缘和两个侧面，其特征在于，沿所述框体的一个侧面的内边缘设有凹陷部，凹陷部也为框体结构，具有凹陷部内边缘和凹陷部外边缘。
2.液流电池电堆，依次包括作为一个单电池的正电极用的正极电极框、双极板和作为相邻的另一个单电池的负电极用的负极电极框，其特征在于，所述正极电极框和所述负极电极框具有权利要求1所述的电极框的结构，所述凹陷部位于所述正极电极框和所述负极电极框靠近双极板的侧面，所述双极板的长度不大于凹陷部外边缘的长度，所述双极板的宽度不大于凹陷部外边缘的宽度。
3.根据权利要求2所述的液流电池电堆，其特征在于，所述正极电极框的凹陷部与负极电极框的凹陷部为镜像对称结构。
4.根据权利要求2或3所述的液流电池电堆，其特征在于，所述凹陷部的厚度为双极板厚度的1/9～1。
5.根据权利要求4所述的液流电池电堆，其特征在于，所述凹陷部的厚度为双极板厚度的1/2。
6.根据权利要求2所述的液流电池电堆，其特征在于，所述正极电极框和负极电极框的凹陷部分别设有第一密封结构，所述电极框与双极板通过第一密封结构紧密连接。
7.根据权利要求6所述的液流电池电堆，所述正极电极框和负极电极框设有电解液公共管路，其特征在于，所述正极电极框或/和负极电极框在电解液公共管路的圆周方向的外侧设有第二密封结构，正极电极框和负极电极框通过第二密封结构紧密连接。
8.根据权利要求7所述的液流电池电堆，其特征在于，所述第一密封结构、第二密封结构为线密封或面密封。
9.根据权利要求8所述的液流电池电堆，其特征在于，所述面密封的材料为硅橡胶、三元乙丙橡胶或氟橡胶。
10.液流电池***，其特征在于，包括权利要求1所述的液流电池用电极框，或包括权利要求2-8任意一项所述的液流电池电堆。
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