異形雙極板及其液流電池電堆的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明的涉及液流電池技術領域，特別涉及異形雙極板及其液流電池電堆。
【背景技術】
[0002]液流電池系統(tǒng)以其良好的可靠性和安全性、選址自由、容量功率獨立設計等優(yōu)點，越來越受到廣泛的關注。其核心部件為液流電池電堆。電堆主要由多孔碳氈電極、離子交換膜、雙極板、集流體等部件構成，在電池系統(tǒng)中承擔著將電能轉(zhuǎn)化為化學能或?qū)⒒瘜W能轉(zhuǎn)化為電能的重要職責，其性能的好壞直接影響整個系統(tǒng)的可靠性、安全性和成本。而影響液流電池電堆功率性能的主要因素為電壓降，其中主要包括歐姆電壓降、電化學活化電壓降、濃差極化電壓降。在電堆的組成部件中，電極主要功能是為化學反應提供場所、分配電解液并傳遞電子等，其厚度的大小直接影響著歐姆電壓降、電化學活化電壓降、濃差極化電壓降，進而影響電堆性能。而電極的厚度主要受到電極框厚度和雙極板形式的影響。理論上電極厚度越薄電池的電壓降越小，性能越好，但是在現(xiàn)有平板雙極板技術現(xiàn)狀的情況下，將電極減薄則相應的電極框需要減薄，而電極框減薄后將影響電解液分配流道的設置，進而影響電解液分配的均勻性，使得電堆性能降低。為此有必要提出一種新型的雙極板，在減薄電極厚度的同時，不影響電極框的厚度和流道分布。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]基于上述提出的技術問題，本發(fā)明提供一種異形雙極板，本發(fā)明主要通過在雙極板表面設置凸體結(jié)構，用以填充電極框中因碳氈電極減薄而形成的空隙，達到減小實際需要的電極厚度，并設置相應的導電夾層，繼而減小雙極板內(nèi)阻消耗，達到提高電池放電功率及電壓效率的目的。
[0004]本發(fā)明的技術方案為:
[0005]異形雙極板，包括本板，本發(fā)明所述本板為雙極板的主體支撐結(jié)構，可以為平板形。所述本板的單個表面或雙面設有凸體結(jié)構。
[0006]現(xiàn)有液流電池電堆中，電極的空間形狀與電極框的中空區(qū)域相適應。本發(fā)明異形雙極板在不改變電極框厚度的條件下，提供具有凸體結(jié)構的雙極板，從而可減小所需電極的厚度，即本發(fā)明異形雙極板可配合液流電池電堆薄電極使用。
[0007]本發(fā)明所述凸體結(jié)構的空間形狀及厚度，以填充薄電極與電極框間的空隙為宜。
[0008]優(yōu)選地，凸體結(jié)構為矩形平板；具體地，凸體結(jié)構可以如圖1所示，兩對對邊均小于本板相應對邊，凸體結(jié)構也可以如圖3所示，其中一對對面小于本板相應的對邊，另一對對邊等于本板相應的對邊。
[0009]本發(fā)明異形雙極板與現(xiàn)有技術的平板雙極板相比，可以在不更換原有電極框流道設置的情況下，降低電極厚度，從而降低電池的電壓降，并可以通過調(diào)整凸體結(jié)構的厚度控制實際電極減薄的程度。
[0010]優(yōu)選地，所述凸體結(jié)構為平面體(如圖2、圖4、圖6所示)或曲面體(如圖7所示)。當凸體結(jié)構為曲面體時，可增加雙極板與電極之間的接觸面積，從而減小接觸內(nèi)阻。[0011 ] 優(yōu)選地，所述本板內(nèi)部設有導電夾層，導電夾層被本板包覆。通過控制導電夾層的厚度，可以控制實際雙極板的電阻值。所述夾層形狀與凸起形狀一致，即當凸起為平面體時，導電夾層為平面體；當凸起為曲面體時相應導電夾層為曲面體。
[0012]本發(fā)明所述本板、凸體結(jié)構與所述導電夾層的制作方式可采用熱壓成型、擠出成型等，制作工藝可以是一次成型或分部多次成型。
[0013]優(yōu)選地，所述本板的厚度為0.5mm?10mm。
[0014]優(yōu)選地，所述凸體結(jié)構的高度為0.5mm-5mm。
[0015]優(yōu)選地，所述凸體結(jié)構的邊緣距離所述本板的邊緣lcm-5cm。
[0016]優(yōu)選地，所述導電夾層的厚度為0.2mm-10mm。
[0017]優(yōu)選地,所述導電夾層的邊緣距離所述本板的邊緣0.5cm_5cm。
[0018]優(yōu)選地，所述本板和所述凸體結(jié)構的材質(zhì)選自石墨、復合碳板或?qū)щ娝芰?；所述導電夾層的材質(zhì)選自銅、鈦、鋁等金屬導電材料。
[0019]本發(fā)明還提供一種液流電池電堆，包括以上所述的任意一種異形雙極板。
[0020]較現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供的異形雙極板及液流電池電堆，能在不影響現(xiàn)有電極框流道設置的情況下，降低電極厚度，減小雙極板內(nèi)阻，進而提升電堆的放電功率及電壓效率，電堆的放電功率可提高10% -50%，電壓效率可提高2% -5%。
【附圖說明】
[0021]本發(fā)明附圖7幅；
[0022]圖1實施例1雙極板正視圖；
[0023]圖2實施例1雙極板側(cè)視圖；
[0024]圖3實施例2雙極板正視圖；
[0025]圖4實施例2雙極板側(cè)視圖；
[0026]圖5實施例3雙極板正視圖；
[0027]圖6實施例3雙極板側(cè)視圖；
[0028]圖7實施例4雙極板側(cè)視圖；
[0029]圖中，1本板，2凸體結(jié)構，3導電夾層。
【具體實施方式】
[0030]下述非限制性實施例可以使本領域的普通技術人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。
[0031]實施例1
[0032]如圖1、圖2所示，本板為矩形平板，厚度1_。本板的雙面均設有凸體結(jié)構；凸體結(jié)構為矩形平面體，厚度1_，凸體結(jié)構兩對對邊均小于本板相應對邊，凸體結(jié)構橫向側(cè)邊距本板橫向側(cè)邊10mm，縱向側(cè)邊距本板縱向側(cè)邊15mm。本板和凸體結(jié)構的材質(zhì)為導電塑料，采用熱壓一體成型。本體內(nèi)部未設置導電夾層。組裝過程電極框為4mm，采用該方案后，保持壓縮比一致時，電極厚度降低1mm，與厚度未減小之前相比，電極功率提高了 10%，電壓效率提高2%。
[0033]實施例2
[0034]如圖3、圖4所示，本板為矩形平板，厚度1mm。本板的雙面均設有凸體結(jié)構；凸體結(jié)構為矩形平面體，厚度2mm，凸體結(jié)構其中一對對面小于本板相應的對邊，另一對對邊等于本板相應的對邊，小于本板的側(cè)邊距本板側(cè)邊10_，本板和凸體結(jié)構的材質(zhì)為石墨，采用擠出一體成型。本體內(nèi)部未設置導電夾層。組裝過程電極框為4mm，采用該方案后，保持壓縮比一致時，電極厚度降低2mm，與厚度未減小之前相比，電極功率提高了 20%，電壓效率提聞3 %。
[0035]實施例3
[0036]如圖5、圖6所示，本板為矩形平板，厚度1_。本板的雙面均設有凸體結(jié)構；凸體結(jié)構為矩形平面體，厚度2.5 mm,凸體結(jié)構其中一對對面小于本板相應的對邊，另一對對邊等于本板相應的對邊，小于本板的側(cè)邊距本板側(cè)邊10_。本板和凸體結(jié)構的材質(zhì)為石墨。本體內(nèi)部設置導電夾層，夾層厚度5mm,材質(zhì)為銅板。本板、凸體結(jié)構、導電夾層米用熱壓一體成型。組裝過程電極框為3.5mm，采用該方案后，保持壓縮比一致時，電極厚度降低2.5mm,與厚度未減小之前相比，電極功率提高了 50%，電壓效率提高5%。
[0037]實施例4
[0038]如圖7所示，本板為矩形平板，厚度1mm。本板的雙面均設有凸體結(jié)構；凸體結(jié)構為矩形曲面體，厚度1.5mm,凸體結(jié)構其中一對對面小于本板相應的對邊，另一對對邊等于本板相應的對邊，小于本板的側(cè)邊距本板側(cè)邊10_，本板和凸體結(jié)構的材質(zhì)為石墨，采用熱壓一體成型。本體內(nèi)部未設置導電夾層。組裝過程電極框為3mm，采用該方案后，保持壓縮比一致時，電極厚度降低1.5mm，與厚度未減小之前相比，電極功率提高了 30%，電壓效率提聞3 %。
【主權項】
1.異形雙極板，包括本板(1)，其特征在于，所述本板(1)的單個表面或雙面設有凸體結(jié)構⑵。2.根據(jù)權利要求1所述的異形雙極板，其特征在于，所述本板(1)的內(nèi)部設有導電夾層⑶。3.根據(jù)權利要求1或2所述的異形雙極板，其特征在于，所述凸體結(jié)構(2)為平面體或曲面體。4.根據(jù)權利要求3所述的異形雙極板，其特征在于，所述本板(1)的厚度為0.5mm?10mmo5.根據(jù)權利要求3所述的異形雙極板，其特征在于，所述凸體結(jié)構(2)的高度為0.5mm-5mm06.根據(jù)權利要求3所述的異形雙極板，其特征在于，所述凸體結(jié)構(2)的邊緣距離所述本板⑴的邊緣lcm_5cm。7.根據(jù)權利要求3所述的異形雙極板，其特征在于，所述導電夾層(3)的厚度為0.2mm-10mmo8.根據(jù)權利要求3所述的異形雙極板，其特征在于，所述導電夾層(3)的邊緣距離所述本板(1)的邊緣0.5cm_5cm。9.根據(jù)權利要求3所述的異形雙極板，其特征在于，所述本板(1)和所述凸體結(jié)構(2)的材質(zhì)選自石墨、復合碳板或?qū)щ娝芰?；所述導電夾層(3)的材質(zhì)選自金屬導電材料。10.液流電池電堆,包括權利要求1-9任意一項所述的異形雙極板。
【專利摘要】本發(fā)明公開了異形雙極板及其液流電池電堆，異形雙極板包括本板，本板為雙極板的主體支撐結(jié)構，可以為平板形。所述本板的單個表面或雙面設有凸體結(jié)構?，F(xiàn)有液流電池電堆中，電極的空間形狀與電極框的中空區(qū)域相適應。本發(fā)明異形雙極板在不改變電極框厚度的條件下，提供具有凸體結(jié)構的雙極板，從而可減小所需電極的厚度，即本發(fā)明異形雙極板可配合液流電池電堆薄電極使用。較現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供的異形雙極板及液流電池電堆，能在不影響現(xiàn)有電極框流道設置的情況下，降低電極厚度，減小雙極板內(nèi)阻，進而提升電堆的放電功率及電壓效率，電堆的放電功率可提高10％-50％，電壓效率可提高2％-5％。
【IPC分類】H01M8/24, H01M8/18, H01M4/86, H01M8/02
【公開號】CN105322182
【申請?zhí)枴緾N201410377511
【發(fā)明人】王正權, 張華民, 許曉波, 馬相坤, 姜宏東, 肖云聰
【申請人】大連融科儲能技術發(fā)展有限公司
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2014年8月1日