[发明专利]液流电池的集流板及液流电池

说明书

技术领域

本发明涉及电池领域，具体而言，涉及一种液流电池的集流板及液流电池。

背景技术

液流电池的种类很多，以应用较为广泛的全钒液流电池为例，全钒氧化还原液流电池是氧化还原液流电池的一种，具有使用寿命长，能量转化效率高，安全性好，环境友好等优点，能用于风能发电和光伏发电配套的大规模储能系统，是电网削峰填谷、平衡负载的主要选择之一。

全钒氧化还原液流电池分别以不同价态的钒离子V2+/V3+和V4+/V5+作为电池的正负两极氧化还原电对，将正负极电解液分别存储于两个储液罐中，由耐酸液体泵驱动活性电解液至反应场所(电池堆)再回至储液罐中形成循环液流回路，以实现充放电过程。

在全钒液流电池系统中，电池堆性能的好坏决定着整个系统的充放电性能，尤其是充放电功率及效率。电池堆是由多片单电池依次叠放压紧，并且串联而成。其中，传统的单片液流电池如图1所示，单体液流电池包括：液流框1、集流板2、电极3和离子交换膜4，由多个单体电池5依次叠放压紧并且串联组成电池堆。上述结构中，集流板2为光滑的平板状结构。

目前，用于全钒氧化还原液流电池的集流板主要有金属集流板、导电塑料集流板及高密度石墨板等，集流板与电极3集成一体化的过程中，现有技术中普遍采用集流板平板与电极直接热压结合的方式。这种平板集流板用于全钒氧化还原液流电池时，会出现以下主要问题：

第一，电解液在经过电极的过程中，只能靠石墨毡的自身渗透能力，液流阻力大从而增加泵的消耗，造成能源浪费。

第二，由于平板状集流板对于液流没有导向作用，电解液在流通过程中存在内部流动不均匀，甚至液流没有流过的死角位置，从而导致严重极化现象以及各单电池间电压的不均匀性，降低电极和离子交换膜的使用寿命及效率。

第三，随着反应的进行，反应物质不断消耗，进口端的反应物浓度高于出口端反应物浓度进而造成反应不均匀，出现浓差极化等问题。

发明内容

本发明旨在提供一种液流电池的集流板及液流电池，以解决现有技术中集流板没有导向作用造成能源浪费和电解液流动不均匀，以及电解液中反应物质浓度随着反应的进行逐渐降低，导致电极各处反应速率及反应产生热量不均匀，进而降低电池的充放电性能和使用寿命的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种液流电池的集流板，在集流板的至少一侧上设有流场，流场包括间隔分布的流道沟和流道脊，流场中各流道沟沿电解液流动方向的截面的总面积逐渐减小。

进一步地，流场中各流道沟的截面的总面积逐渐减小为非连续性的逐渐减小。

进一步地，流场配置为弯折形。

进一步地，流场中具有多组相互平行的流道沟，包括：沿电解液流动方向依次设置的入口流道沟、中间流道沟和出口流道沟；入口流道沟、中间流道沟和出口流道沟均包括多条流道沟，并且，入口流道沟、中间流道沟和出口流道沟中的每条流道沟的截面积均相同；其中，入口流道沟中的流道沟数目多于中间流道沟中的流道沟的数目，中间流道沟中的流道沟的数目多于出口流道沟中的流道沟的数目。

进一步地，中间流道沟具有多组相互平行的流道沟；各组中间流道沟中的流道沟的数目沿电解液流动方向依次逐渐减少。

进一步地，流场中具有多组相互平行的流道沟，包括：沿电解液流动方向依次设置的入口流道沟、中间流道沟和出口流道沟；入口流道沟、中间流道沟和出口流道沟中的流道沟的数目均相同；其中，入口流道沟中的流道沟的截面的总面积大于中间流道沟中的流道沟的截面的总面积，中间流道沟中的流道沟的截面的总面积大于出口流道沟中的流道沟的截面的总面积。

进一步地，入口流道沟、中间流道沟和出口流道沟均包括多条流道沟。

进一步地，入口流道沟、中间流道沟和出口流道沟的每条流道沟的宽度均相同；入口流道沟中的每条流道沟的深度均相同，中间流道沟中的每条流道沟的深度均相同，出口流道沟中的每条流道沟的深度均相同；其中，入口流道沟中流道沟的深度大于中间流道沟的深度，中间流道沟的深度大于出口流道沟中的流道沟的深度。

进一步地，中间流道沟具有多组相互平行的流道沟；各组中间流道沟中的流道沟的深度沿电解液流动方向依次逐渐减小。

进一步地，入口流道沟、中间流道沟和出口流道沟的中每条流道沟的深度均相同；入口流道沟中的每条流道沟的宽度均相同，中间流道沟中的每条流道沟的宽度均相同，出口流道沟中的每条流道沟的宽度均相同；其中，入口流道沟中流道沟的宽度大于中间流道沟的宽度，中间流道沟的宽度大于出口流道沟中的流道沟的宽度。