專(zhuān)利名稱：一種大功率液流電池裝置的電堆結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專(zhuān)利涉及一種液流電池加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種液流電池電堆的 加工制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電能是現(xiàn)代社會(huì)人類(lèi)生活、生產(chǎn)中必不可缺的二次能源。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的
發(fā)展，人們對(duì)電的需求越來(lái)越高。根據(jù)中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)發(fā)布的《2005年三 季度全國(guó)電力供需與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行形勢(shì)分析預(yù)測(cè)》分析報(bào)告2006年全國(guó)社會(huì)用電 量的增長(zhǎng)速度在11%左右，用電量約為27300億千瓦時(shí)。電力缺口主要集中在華 北和南方地區(qū)，華東地區(qū)夏季備用偏低、冬季基本平衡，華中、東北地區(qū)基本 平衡，西北地區(qū)供大于求。全國(guó)夏季最大電力缺口在800萬(wàn)千瓦左右，其中華北 和南方分別為300、 500萬(wàn)千瓦左右；冬季最大電力缺口900萬(wàn)千瓦左右，其中華 北、南方分別為400、 500萬(wàn)千瓦左右。由于電力需求晝夜、季節(jié)相差很大，但 發(fā)電廠的建設(shè)規(guī)模必須與高峰用電相匹配，投資大利用率較低，且對(duì)周邊的環(huán) 境和生態(tài)平衡有較大的影響。大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)和儲(chǔ)能裝備是電力和電器行業(yè)中 備受關(guān)注但尚未解決的難題之一。
液流電池是一種新型的化學(xué)電源，以溶解在電解液中不同價(jià)態(tài)金屬離子作 為電池正極和負(fù)極活性物質(zhì)，正極電解液和負(fù)極電解液分開(kāi)儲(chǔ)存。電池充電或 放電時(shí)，通過(guò)外接泵，把正極電解液和負(fù)極電解液分別壓入正極室和負(fù)極室， 完成氧化還原反應(yīng)后，流回到儲(chǔ)液槽。從液流電池的原理和特點(diǎn)來(lái)看，液流電 池適合于大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用。圖1是全釩氧化還原液流電池(VRB)示意圖。
為了研制開(kāi)發(fā)大規(guī)模液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，圍繞電堆結(jié)構(gòu)已經(jīng)進(jìn)行了大量研
究，通過(guò)電堆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，改善電解液流動(dòng)分布(美國(guó)專(zhuān)利No. 6,475,661)，減小 流動(dòng)阻力(美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)20030087156)。然而，上述電堆仍然存在著結(jié)構(gòu)復(fù) 雜、加工裝配困難、流動(dòng)性能差和電堆有效密封的問(wèn)題，給電堆進(jìn)一步大規(guī)模 應(yīng)用帶來(lái)困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種液流電池電堆結(jié)構(gòu)，提高了電堆密封的可靠 性，使電解液在電極表面均勻流動(dòng)，該結(jié)構(gòu)的電堆性能穩(wěn)定，加工裝配簡(jiǎn)單。 本發(fā)明的特征在于(本發(fā)明目的實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案)
電堆各層邊框采用特制彈性板，提高了各層之間的密封性能，能防止電解液 向外泄漏；電解液主流道采用嵌入導(dǎo)流板的設(shè)計(jì)方案，減小電池厚度，增大隔 膜、電極等電池材料的使用效率；采用導(dǎo)液分流層板，實(shí)現(xiàn)多路垂直主流道平 行水平并聯(lián)進(jìn)料方式，使進(jìn)入不同電極腔室電解液的出入口壓力相等，進(jìn)入同 一電極腔室不同入口與出口處電解液的壓力相等；采用導(dǎo)流線槽結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)電 解液進(jìn)出電極腔室口，減小出入口阻力，使電極表面均勻流動(dòng)；為了防止隔膜 在導(dǎo)流線槽處出現(xiàn)塌陷，改進(jìn)了導(dǎo)流線槽的結(jié)構(gòu)，在不影響導(dǎo)流的情況下，最 大化支撐隔膜的面積，避免隔膜正負(fù)電解液在入口處交叉內(nèi)漏，減少由此帶來(lái) 的自放電損失；采用互鎖定位框?qū)Χ鄬与姵亟Y(jié)構(gòu)進(jìn)行定位，提高裝配效率和效 果。
圖2是導(dǎo)液分流層板。導(dǎo)液分流層板的中心部位為電解液流道支撐壓緊導(dǎo) 流網(wǎng)(1)，支撐壓緊導(dǎo)流網(wǎng)(1)是為了支撐隔膜，壓緊電極材料與集流體，同 時(shí)使流經(jīng)電極表面的電解液均勻流動(dòng)。支撐壓緊導(dǎo)流網(wǎng)(1)為塑料材料，這些
材料包括但不限于聚丙烯或聚乙烯或改性的聚丙烯或改性聚乙烯，網(wǎng)格直徑為
0.5~5mm，網(wǎng)格為平面網(wǎng)格或上下交替編織的立體網(wǎng)格。
支撐壓緊導(dǎo)流網(wǎng)周邊部位為層板框(2)，層板框(2)的上、下部位分別設(shè) 有導(dǎo)液線槽(5)。導(dǎo)液線槽(5)為Z字形或垂直的L形，在組裝成電堆時(shí)可有 效防止隔膜出現(xiàn)凹陷，防止?jié)B漏。導(dǎo)流線槽(5)的寬度為0.2 5mm.
層板框(2)由耐酸腐蝕、耐氧化，且具有一定柔軟性和彈性的塑料或橡膠 片材做成，這些材料包括但不限于聚丙烯或聚乙烯或改性的聚丙烯或改性聚乙 烯。層板框密封面的寬度為5mm 80mm，厚度為0.5 15毫米。這樣組合的電堆 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、厚度薄、加工裝配簡(jiǎn)單、電極和隔膜的使用效率高，密封效果好， 不會(huì)出現(xiàn)外漏和內(nèi)漏。
層板框上下端面的電解液進(jìn)出口 (3)和電解液分集液口 (4)交替成對(duì)排 列，上下斷面的電解液進(jìn)出口 (3)和電解液分集液口 (4)序列相反。電解液 進(jìn)出口 (3)和電解液分集液口 (4)之間距離距離為10 100mm，每對(duì)電解液 進(jìn)出口 (3)和電解液分集液口 (4)之間距離為10 100mm。支撐壓緊導(dǎo)流網(wǎng) 為塑料材料，這些材料包括但不限于聚丙烯或聚乙烯或改性的聚丙烯或改性聚 乙烯，網(wǎng)格直徑為0.5~5mm，網(wǎng)格為平面網(wǎng)格或上下交替編織的立體網(wǎng)格。
圖3是半嵌入導(dǎo)流板。半嵌入導(dǎo)流板引導(dǎo)正極電解從正極電解液入口 (2)進(jìn)入 正極電解液主分流管(1)，部分電解液由正極電解液分流口流(6)入電堆的正 極腔室，液流入正負(fù)極腔室，正極電解液分流口 (6)與正極電解液主分流管(1) 由暗溝道或暗溝槽連接相通，其余電解液由正極電解液主分流管(1)流入下一 電堆的正極電解液主分流管。負(fù)極腔室反應(yīng)后的電解液匯集從負(fù)極電解液集流 口 (7)經(jīng)負(fù)極電解液主集流管(8)與從其它單電池流入的負(fù)極電解液一起流 入下一單電池的主集流管，并最終回到負(fù)極電解液儲(chǔ)液裝置，負(fù)極電解液集流 口 (7)與負(fù)極電解液主集流管(8)由暗溝道或暗溝槽連接相通。


圖1液流電池流程示意圖
圖2導(dǎo)液分流層板
圖3半嵌入式導(dǎo)流板
圖4充放電電流電壓隨時(shí)間變化曲線
具體實(shí)施例方式
按本專(zhuān)利結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建立全釩液流電池堆，進(jìn)行充放電實(shí)驗(yàn)。分別使用 V4+7V5+和￥3+ 2+釩離子作為氧化還原液流電池的陽(yáng)極、陰極活性物質(zhì)，電 堆中的半電池電化學(xué)反應(yīng)如下。
正極反應(yīng)
放電
充電 負(fù)極反應(yīng)
充電 放電
全釩氧化還原液流電池堆由四個(gè)單電池串聯(lián)組成，有效電極面積為 200x270mm，正負(fù)極電解液分別為800ml的l.Omol/L V4+ + 2mol/L H2S04和 l.Omol/L V3+ + 2mol/L H2S04水溶液，在50L/h的電解液循環(huán)流速下進(jìn)行充放 電實(shí)驗(yàn)，在室溫下測(cè)定該氧化還原液流電池電堆性能。圖4是充放電電流電壓 隨時(shí)間變化曲線。 通過(guò)上述實(shí)施例，證明本發(fā)明所提出的液流電池電堆能夠完成完整充放電 循環(huán)過(guò)程，該電堆結(jié)構(gòu)避免了電解液循環(huán)過(guò)程通過(guò)電堆向外泄漏，同時(shí)也不存 在電堆內(nèi)部正極、負(fù)極電解液彼此交叉泄漏現(xiàn)象，同時(shí)電解液在電池內(nèi)部的流 動(dòng)阻力較小，電解液能在電極表面均勻流動(dòng)。電堆結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，密封 可靠，適用于大功率液流電池系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種液流電池電堆結(jié)構(gòu)，其特征在于該電堆結(jié)構(gòu)由壓緊裝置(1)、導(dǎo)流端板(2)和多個(gè)單電池串聯(lián)構(gòu)成，每個(gè)單電池均由集流體(3)、陽(yáng)極電極(4)、導(dǎo)液分流層板(5)、隔膜(6)、導(dǎo)液分流層板(5)和陰極電極(7)交替排列而成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述電堆各層邊框采用特制彈性板，其特征為密封面的寬 度為5mm 80mm，厚度為0.5 15mm。彈性板材的材料包括但不限于聚丙烯、 改性聚丙烯彈性體、聚乙烯和改性聚乙烯。
3. 導(dǎo)液端板(2)的電解液主流道采用嵌入結(jié)構(gòu)，嵌入導(dǎo)流板的深度為主流道管 直徑的1/8至全部嵌入導(dǎo)流板中，嵌入端板的管道與端板表面的分流口由暗 溝道相同。
4. 導(dǎo)液分流層板(5)中的電解液進(jìn)出口和電解液分集流口成對(duì)出現(xiàn)，在導(dǎo)液分 流層板的上端和下端，電解液進(jìn)出口和電解液分集流口的排列次序相反。導(dǎo) 液分流層板(5)中心為支撐網(wǎng)格。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的說(shuō)明，在電解液分流口前端采用導(dǎo)流線槽結(jié)構(gòu)，導(dǎo)液線槽 為梳狀散開(kāi)，可為Z字形和L型。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3和4的說(shuō)明，導(dǎo)液端板(2)的分流口和集流口分別在導(dǎo)液端 板(2)的上側(cè)和下側(cè)，數(shù)目為電解液進(jìn)出口和電解液分集流口總數(shù)的1/2， 且位置與電解液進(jìn)出口或電解液分集流口位置相同。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4的說(shuō)明，導(dǎo)液分流層板(5)中心網(wǎng)格為上下交錯(cuò)的網(wǎng)格，網(wǎng) 格材料包括但不限于聚丙烯、改性聚丙烯彈性體、聚乙烯和改性聚乙烯，網(wǎng) 格的直徑為0.1~2mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種液流電池的電堆制造技術(shù)領(lǐng)域。所述電堆各層邊框采用特制彈性板，提高了各層之間的密封性能；電解液主流道采用嵌入導(dǎo)流板的設(shè)計(jì)方案，增大隔膜、電極等電池材料的使用效率；采用導(dǎo)液分流層板，實(shí)現(xiàn)多路垂直主流道平行水平并聯(lián)進(jìn)料方式，使進(jìn)入不同電極腔室電解液的出入口壓力相等，進(jìn)入同一電極腔室不同入口與出口處電解液的壓力相等；采用導(dǎo)流線槽結(jié)構(gòu)，使電解液在電極表面均勻流動(dòng)，最大化支撐隔膜的面積，避免隔膜正負(fù)電解液在入口處交叉內(nèi)漏，減少由此帶來(lái)的自放電損失；采用互鎖定位框?qū)Χ鄬与姵亟Y(jié)構(gòu)進(jìn)行定位，提高裝配效率。本發(fā)明提出的電堆具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造組裝方便、密封可靠、電解液流動(dòng)均勻和運(yùn)行穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01M8/24GK101192676SQ20071010575
公開(kāi)日2008年6月4日 申請(qǐng)日期2007年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月29日
發(fā)明者尹海濤 申請(qǐng)人:北京普能世紀(jì)科技有限公司