一種全釩液流電池用非對(duì)稱電極框的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及全釩氧化還原液流電池組領(lǐng)域，具體為一種全釩液流電池用非對(duì)稱電極框。
【背景技術(shù)】
[0002]作為一種新型綠色儲(chǔ)能電池，全釩氧化還原液流電池的活性物質(zhì)為不同價(jià)態(tài)的釩離子，電池工作過程中通過栗的驅(qū)動(dòng)將不同價(jià)態(tài)的釩離子注入電池兩極，進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。充電時(shí)正極四價(jià)釩轉(zhuǎn)變?yōu)槲鍍r(jià)，負(fù)極三價(jià)釩轉(zhuǎn)變?yōu)槎r(jià)釩；放電時(shí)正極五價(jià)釩轉(zhuǎn)變?yōu)樗膬r(jià)，負(fù)極二價(jià)釩轉(zhuǎn)變?yōu)槿齼r(jià)。全釩液流電池由電堆、電解液、栗、管路系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成。其中電堆一般由:電極、隔膜、液流框、集流板和雙極板等構(gòu)成。電解液經(jīng)過管路系統(tǒng)的分配流入液流框。液流框當(dāng)前研究主要關(guān)注密封及均勻分配電解液，而對(duì)于組裝電池組后因單片電池不一致性引起的漏電電流關(guān)注近乎空白。根據(jù)歐姆定律，板框流場(chǎng)的尺寸設(shè)計(jì)對(duì)漏電電流影響較大，合理的尺寸可增大電解液電阻，從而降低漏電電流，提高電池庫倫效率。
[0003]漏電電流根據(jù)電堆規(guī)模不同，最高可占到電堆總電流的10%，其主要受電池組內(nèi)單片電池電解液的分配、電解液電導(dǎo)率、電池內(nèi)阻、電池位置和流道形狀影響。在電堆材料如隔膜、電極、雙極板等和裝堆方式固定不變時(shí)，流道形狀便成了漏電電流的主要影響因素。單獨(dú)考慮電阻大小，流道形狀長(zhǎng)而窄會(huì)直接增大電阻減小漏電電流，但采取這種措施同樣會(huì)增加電池組的壓力損失，所以減小漏電電流和壓損之間存在一個(gè)最佳值，而通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)進(jìn)行流場(chǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)則顯得尤為重要。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種全釩液流電池用非對(duì)稱電極框，在保持壓損不變的前提下，保證電解液的均勻分布，同時(shí)降低漏電電流的影響，提高電池庫倫效率，延緩容量衰減速度，保證釩電池長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:
[0006]—種全釩液流電池用非對(duì)稱電極框，采用進(jìn)出液側(cè)的不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，進(jìn)液測(cè)和出液側(cè)之間為電極腔，進(jìn)液測(cè)設(shè)置主進(jìn)液口、進(jìn)液流道、進(jìn)液緩沖槽、進(jìn)液導(dǎo)流槽，主進(jìn)液口通過進(jìn)液流道與進(jìn)液緩沖槽連通，進(jìn)液緩沖槽通過進(jìn)液導(dǎo)流槽與電極腔連通；出液側(cè)設(shè)置出液緩沖槽、出液流道、主出液口，出液緩沖槽通過出液流道與主出液口連通；主進(jìn)液口里面的電解液通過進(jìn)液流道流入進(jìn)液緩沖槽中，再通過進(jìn)液導(dǎo)流槽均勻分配到電極腔內(nèi)；電解液直接由電極腔流入出液緩沖槽，再經(jīng)出液流道流入主出液口。
[0007]所述的全釩液流電池用非對(duì)稱電極框，主進(jìn)液口數(shù)量大于主出液口數(shù)量，主進(jìn)液口的數(shù)量與主出液口的數(shù)量之比例范圍為(4:3)?(2:1)。
[0008]所述的全釩液流電池用非對(duì)稱電極框，主進(jìn)液口的個(gè)數(shù)在2?5之間。
[0009]所述的全釩液流電池用非對(duì)稱電極框，釩電池正負(fù)極非對(duì)稱電極框的主進(jìn)液口個(gè)數(shù)保持一致，在同一非對(duì)稱電極框上，存在主進(jìn)液口以及另一極非對(duì)稱電極框的進(jìn)液管道口 ；其中，主進(jìn)液口和進(jìn)液管道口在非對(duì)稱電極框?qū)挾确较蛏祥g隔排列，彼此間間隔相等。
[0010]所述的全釩液流電池用非對(duì)稱電極框，與非對(duì)稱電極框邊緣處主進(jìn)液口相連的進(jìn)液流道為單“L”形或1/4橢圓形，與其他主進(jìn)液口相連的進(jìn)液流道則為雙“L”形或1/2橢圓形。
[0011 ] 所述的全釩液流電池用非對(duì)稱電極框，釩電池正負(fù)極非對(duì)稱電極框的主出液口個(gè)數(shù)保持一致，在同一非對(duì)稱電極框上，存在主出液口以及另一極非對(duì)稱電極框的出液管道口 ；其中，主出液口和出液管道口在非對(duì)稱電極框?qū)挾确较蛏祥g隔排列，彼此間間隔相等。
[0012]所述的全釩液流電池用非對(duì)稱電極框，非對(duì)稱電極框內(nèi)側(cè)設(shè)置密封槽，密封槽層數(shù)為2?4層。
[0013]所述的全釩液流電池用非對(duì)稱電極框，非對(duì)稱電極框背面進(jìn)液管道口、出液管道口處設(shè)有密封圈，密封圈層數(shù)為1?3層。
[0014]本實(shí)用新型的工作原理是:
[0015]首先采用對(duì)稱的主進(jìn)液口及進(jìn)液流道對(duì)電解液進(jìn)行第一次分配，相對(duì)單一進(jìn)液口提高均勻性，同時(shí)由于分流可以降低液口處的壓力進(jìn)而提高密封性；然后在電解液進(jìn)入電極前設(shè)置進(jìn)液緩沖槽及數(shù)個(gè)不等寬的進(jìn)液導(dǎo)流槽進(jìn)行第二次分配，可極大的改善電解液在電極內(nèi)的流動(dòng)及傳質(zhì)均勻性；最后在出液側(cè)采取出液緩沖槽與電極腔直接相連，減小流場(chǎng)因局部尺寸變化而產(chǎn)生的壓力損失，并經(jīng)由出液流道及主出液口流出，該結(jié)構(gòu)相對(duì)與對(duì)稱結(jié)構(gòu)的板框漏電電流可減少50%以上。這種新型設(shè)置可有效的提高支路電阻，降低漏電電流，延緩電池組的容量衰減，從而保證釩電池的長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性。
[0016]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是:
[0017]本實(shí)用新型的進(jìn)液側(cè)和出液側(cè)采取不對(duì)稱設(shè)計(jì)，其中主進(jìn)液口及進(jìn)液流道個(gè)數(shù)大于主出液口及出液流道個(gè)數(shù)，這樣出液口流阻會(huì)大幅增加，漏電電流也會(huì)大幅降低。此外，通過控制進(jìn)液緩沖槽寬度、進(jìn)液導(dǎo)流槽間隔及其尺寸來保證電解液在電極入口處的均勻分布。由于電極內(nèi)電解液的流動(dòng)阻力很大，已經(jīng)對(duì)出液側(cè)電解液起到了均勻分配的作用，因此取消出液側(cè)的導(dǎo)流槽，大幅降低壓損，用于抵消因減少主出液口及出液流道所帶來的壓損增加部分。
【附圖說明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例1中電極框的正面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例1中電極框的反面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例2中電極框的正面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例2中電極框的反面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖中，1非對(duì)稱電極框；2主進(jìn)液口 ；3進(jìn)液管道口 ；4進(jìn)液流道；5進(jìn)液緩沖槽；6進(jìn)液導(dǎo)流槽；7電極腔；8出液緩沖槽；9出液流道；10主出液口；11出液管道口 ；12密封槽；13密封圈。
【具體實(shí)施方式】
[0023]如圖1-圖4所示，在【具體實(shí)施方式】中，本實(shí)用新型全釩液流電池用非對(duì)稱電極框1，采用進(jìn)出液側(cè)的不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，進(jìn)液測(cè)和出液側(cè)之間為電極腔7，進(jìn)液測(cè)設(shè)置主進(jìn)液口 2、進(jìn)液流道4、進(jìn)液緩沖槽5、進(jìn)液導(dǎo)流槽6，主進(jìn)液口 2通過進(jìn)液流道4與進(jìn)液緩沖槽5連通，進(jìn)液緩沖槽5通過進(jìn)液導(dǎo)流槽6與電極腔7連通，主進(jìn)液口 2里面的電解液通過進(jìn)液流道4流入進(jìn)液緩沖槽5中，然后再通過進(jìn)液導(dǎo)流槽6均勻分配到電極腔7內(nèi)。出液側(cè)設(shè)置出液緩沖槽8、出液流道9、主出液口 10，出液緩沖槽8通過出液流道9與主出液口 10連通，出液側(cè)不再設(shè)置出液導(dǎo)流槽，電解液直接由電極腔7流入出液緩沖槽8，再經(jīng)出液流道9流入主出液口 10。
[0024]其中，主進(jìn)液口 2的數(shù)量與主出液口 10的數(shù)量并不相等，出液側(cè)不再設(shè)置出液導(dǎo)流槽。主進(jìn)液口數(shù)量大于主出液口數(shù)量，主進(jìn)液口 2的數(shù)量與主出液口 10的數(shù)量之比，兩者比較優(yōu)選的比例范圍為(4:3)?(2:1)。主進(jìn)液口 2數(shù)量越多，其電解液分布越均勻，其中主進(jìn)液口的個(gè)數(shù)在2?5之間為宜，過多則結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜。釩電池正負(fù)極非對(duì)稱電極框1的主進(jìn)液口 2的個(gè)數(shù)保持一致，在同一非對(duì)稱電極框1上，存在主進(jìn)液口 2以及另一極非對(duì)稱電極框1的進(jìn)液管道口 3。其中，主進(jìn)液口 2和進(jìn)液管道口 3在非對(duì)稱電極框1寬度方向上間隔排列，彼此間間隔相等。與非對(duì)稱電極框1邊緣處主進(jìn)液口 2相連的進(jìn)液流道4為單“L”形或1/4橢圓形，而與其他主進(jìn)液口 2相連的進(jìn)液流道4則為雙“L”形或1/2橢圓形。
[0025]釩電池正負(fù)極非對(duì)稱電極框1的主出液口 10的個(gè)數(shù)保持一致。在同一非對(duì)稱電極框1上，存在主出液口 10以及另一極非對(duì)稱電極框1的出液管道口 11。其中，主出液口10和出液管道口 11在非對(duì)稱電極框1寬度方向上間隔排列，彼此間間隔相等。非對(duì)稱電極框1內(nèi)側(cè)設(shè)置密封槽12，通過氟橡膠對(duì)其進(jìn)行密封，防止電解液外漏，密封槽層數(shù)為2?4層。非對(duì)稱電極框1背面進(jìn)液管道口 3、出液管道口 11處設(shè)有密封圈13，通過氟橡膠對(duì)其進(jìn)行密封，防止電解液內(nèi)串，密封圈層數(shù)為1?3層。
[0026]以下將結(jié)合附圖和