本發(fā)明涉及液流電池領(lǐng)域，特別是一種含變寬變深交指流道的液流電池用雙極板結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

液流電池，是采用不同價(jià)態(tài)的釩離子溶液作為正負(fù)極電解液，由外部泵驅(qū)動(dòng)電解液在儲液罐和電堆之間循環(huán)流動(dòng)，電解液在電堆中發(fā)生氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)充放電過程的電池。液流電池單電池主要由正極、負(fù)極、離子傳導(dǎo)膜和雙極板等部分構(gòu)成。雙極板主要起著傳導(dǎo)電流的作用，借鑒燃料電池的流場結(jié)構(gòu)，目前也有很多研究者們通過在雙極板上刻有流道實(shí)現(xiàn)對電解液流動(dòng)的均勻分配的作用。實(shí)際運(yùn)行的液流電池往往是電堆，其由若干個(gè)單電池組成，相鄰兩個(gè)單電池共用一個(gè)雙極板，每個(gè)雙極板的兩側(cè)分別加工有供電解液流動(dòng)的導(dǎo)流通道。因此，這種液流電池電堆的雙極板結(jié)構(gòu)影響液流電池內(nèi)電解液的流動(dòng)，進(jìn)而影響電池的整體性能。

目前，借鑒燃料電池的流道，液流電池中雙極板上的流道可分為：蛇形流道，平行流道和交指流道等多種類型。其中交指流道中的進(jìn)口流道和出口流道在雙極板上交錯(cuò)布置，彼此并不相通，其目的在于強(qiáng)制進(jìn)口流道內(nèi)的電解液通過與雙極板接觸的多孔電極，然后進(jìn)入相鄰的出口流道。與蛇形流道和平行流道相比，交指流道可以強(qiáng)化液流電池內(nèi)部的液相傳質(zhì)，提高電池整體性能。

與蛇形流道和并行流道相比，交指流道很有優(yōu)勢，但是，現(xiàn)有的交指流道結(jié)構(gòu)均采用進(jìn)口流道和出口流道等寬等深的對稱設(shè)計(jì)，這使得在多孔電極與出口流道對應(yīng)的部分存在一個(gè)反應(yīng)物的濃度梯度，自進(jìn)液口至出液口方向也存在一個(gè)反應(yīng)物濃度梯度，反應(yīng)物濃度逐漸減小，從而使得電池內(nèi)部較大面積區(qū)域的濃差極化較大，降低電池的整體性能，在高工作電流密度下影響尤為顯著。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是，針對現(xiàn)有交指流道結(jié)構(gòu)存在的問題，提出并研究一種含有變寬變深交指流道的液流電池用雙極板，其通過對雙極板結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步強(qiáng)化傳質(zhì)，實(shí)現(xiàn)電解液沿進(jìn)出液口方向速度逐漸增加，以速度梯度平衡濃度梯度引起的濃差極化對電池性能的影響，降低電池濃差極化電阻，提高電池的電壓效率、電解液利用率和功率密度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下：

一種含變寬變深交指流道的液流電池用雙極板，包括加工在雙極板表面上的與進(jìn)液口相連的進(jìn)液分配流道和與出液口相連的出液收集流道，進(jìn)液分配流道的一側(cè)設(shè)有2個(gè)以上的進(jìn)液分支流道，出液收集流道的一側(cè)設(shè)有2個(gè)以上的出液分支流道；進(jìn)液分支流道和出液分支流道呈交指狀排布；進(jìn)液口與雙極板 的進(jìn)液總管相連通；出液口與雙極板的出液總管相連通，進(jìn)液分支流道的寬度大于等于出液分支流道的寬度，且進(jìn)液分支流道和出液分支流道的深度按電解液于其內(nèi)的流動(dòng)方向逐漸減小。

進(jìn)液分支流道與出液分支流道的寬度比在1～3之間。

按電解液于其內(nèi)的流動(dòng)方向、進(jìn)液分支流道和出液分支流道的深度逐漸減小，靠近進(jìn)液分配流道處的進(jìn)液分支流道深度較大，靠近出液收集流道處的流道深度較小，靠近進(jìn)液分配流道處的流道深度為0.5-5mm，靠近出液收集流道處的出液分支流道深度0.1-2mm。

附圖說明

圖1：含變寬變深交指流道的液流電池用雙極板示意圖；

圖中：1-正極進(jìn)液口，2-正極進(jìn)液分配流道，3-負(fù)極出液口，4-正極出液分支流道，5-正極出液口，6-正極出液收集流道，7-負(fù)極進(jìn)液口，8-正極進(jìn)液分支流道，9-雙極板。

具體實(shí)施方式

含變寬變深交指流道的液流電池用雙極板9的厚度為5mm,長度為80mm,寬度為60mm，正極進(jìn)液分支流道8寬度為4mm，正極出液分支流道4寬度為3mm，正極電解液沿流動(dòng)方向、正極進(jìn)液分支流道8和正極出液分支流道4的深度逐漸減小，靠近正極進(jìn)液分配流道2處的正極進(jìn)液分支流道深度為2.5mm，遠(yuǎn)離正極進(jìn)液分配流道2的正極進(jìn)液分支流道深度為2mm；遠(yuǎn)離正極出液收集流道6的流道深度為1.5mm，靠近正極出液收集流道6處的流道深度為1mm。

正極電解液由雙極板上的正極進(jìn)液口1流入，經(jīng)正極進(jìn)液分配流道2均勻分配后，正極電解液流入各個(gè)正極進(jìn)液分支流道8，在正極進(jìn)液口1和正極出液口5間壓差作用下，正極電解液被迫流入正極出液分支流道4，再經(jīng)正極出液收集流道6匯流至正極出液口5流出。

采用這種含變寬變深交指流道的液流電池用雙極板組裝的全釩液流電池電堆在80mA cm^-2條件下測試的電堆能量效率為85％，比采用常規(guī)無變深流道的雙極板結(jié)構(gòu)裝配的電堆效率增加了5％。