[发明专利]氧化还原液流电池的电堆结构

说明书

技术领域

本发明涉及电堆结构，具体涉及一种通过化学反应进行电能储存的氧化还原液流电池的 电堆结构。

背景技术

目前，液流储能电池是一类适合大规模蓄电的装置，由多个单电池串联形成的电池堆， 每个单电池包括顺序布置的正极密封框、位于正极密封框内的集流板、正极电极、离子交换 膜、负极电极、负极密封框以及位于负极密封框内的集流板。其具有循环寿命长、容量和功 率可独立设计、可靠性高、不受地理位置的限制、建设期短的优点，与其它蓄电池及超级电 容器等化学储能装置相比，性价比和安全性甚高。液流电池在风能、太阳能发电的匹配储能 方面有很大的潜力，越来越受到各国的重视。

全钒氧化还原液流电池是一种通过不同价态的钒离子相互转化实现电能储存与释放的新 型液流电池，由于使用同种元素组成电池系统，从原理上避免了正负电解液相互渗透产生的 交叉污染问题，使用寿命较长，适用于在大规模储能方面的应用。

在全钒液流电池中，需要通过电池堆内集流板设计，提高通常的多孔性立体结构的导电 材料电极的使用面积以便提高电流密度，并且保证电解液的均匀分布，避免形成“沟流”现 象，还要尽量简化电堆的结构，减少材料加工及装配难度，便于进一步工程放大和减低系统 成本。现有技术中有采用密封框上的梳型结构与薄板的导电塑料电极形成电解液的导流暗槽 ，让电解液尽量均匀的平行穿过多孔电极的流动方式，使电解液中的活性物质和立体电极充 分接触，增大电化学反应界面面积，促进电化学氧化还原反应，从而提高电池电流密度。但 电解液中的活性物质在多孔电极内部扩散较慢，特别是对大面积的多孔电极，由于各处的溶 液阻力不一致，很容易在多孔电极内部形成“沟流”，形成电极反应的死区，导致局部的极 化电压过高而发生析氢析氧等副反应。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种可提高电解液流动均匀性的氧化还原液流电池的电 堆结构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：氧化还原液流电池的电堆结构，包括多个 单电池串联形成的电池堆，每个单电池包括正极密封框以及负极密封框，在正极密封框内设 置具有多孔电极与导电双电极的集流板，在多孔电极内设置有将多孔电极分隔为多个导流区 域的流场板。

进一步的是，所述导电双电极采用耐酸耐氧化的工程塑料与石墨的混合材料制作。

本发明的有益效果是：通过设置的流场板，使电解液在多孔电极内部按照流场板分布的 导流区域流动，增大电化学反应界面面积的同时也加快了电解液穿过多孔电极的流动，同时 使电解液在多孔电极内的流动也更均匀，促进电化学氧化还原反应速度，提高液流电池电流 密度，也明显提高液流电池中电能和化学能的转化和储存效率，尤其适合在氧化还原液流电 池的电堆结构中推广使用。

附图说明

图1为本发明一个单电池分解后的结构示意图；

图2为集流板的结构示意图；

图3为图2中A-A方向的剖视图。

图中标记为：正极密封框1、负极密封框2、导电双电极3、集流板4、多孔电极5、流场 板6、正极电极7、离子交换膜8、负极电极9。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

如图1至图3所示，本发明的氧化还原液流电池的电堆结构，包括多个单电池串联形成的 电池堆，每个单电池包括正极密封框1以及负极密封框2，在正极密封框1内设置具有多孔电 极5与导电双电极3的集流板4，在多孔电极5内设置有将多孔电极5分隔为多个导流区域的流 场板6。通过设置的流场板6，该流场板6将多孔电极5分隔为多个导流区域，使电解液在多孔 电极5内部按照流场板6分布的导流区域流动，增大电化学反应界面面积的同时也加快了电解 液穿过多孔电极的流动，同时使电解液在多孔电极5内的流动也更均匀，促进电化学氧化还 原反应速度，提高液流电池电流密度，也明显提高液流电池中电能和化学能的转化和储存效 率。流场板6可以单独灵活设计多种流场方式，如可采用交指流场、蛇形流场、平行沟槽流 场、网状流场等流场结构形式，在提高电极活性和反应面积的同时简化了电堆结构，减少了 部件方便电池的组装，并降低了电池的材料成本。流场板6的厚度与多孔电极5压缩后的厚度 相当；流场板6可以单独设计后复合在导电双电极3上，也可以在压制导电双电极3的时候用 电极材料直接压制出流场板6。