[发明专利]液流电池、液流电池堆及液流电池系统

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、液流电池堆及液流电池系统。

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，全钒液流电池是一种以不同价态的钒离子电解液进行氧化还原的电化学反应装置，能够高效地实现化学能与电能之间的相互转化。该类电池具有使用寿命长，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。因此，近年来全钒液流电池逐渐成为大容量储能电池研究的重点。

全钒液流电池分别以钒离子V2+/V3+和V4+/V5+作为电池的正负极氧化还原电对，将正、负极电解液分别存储于两个储液罐中，由泵驱动电解液至电池，再回至储液罐中形成闭合循环液流回路，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和电池堆如图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6。

用于全钒氧化还原液流电池的电极材料一般为石墨毡，该电极材料具有多孔结构，良好的电子导电性，抗腐蚀能力以及一定的机械强度等优点。然而，目前国内外普遍使用石墨毡电极直接与集流板一体化制备电池堆，电解液在流经石墨毡的过程中，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，进而降低电池堆充放电性能和使用寿命。

发明内容

本发明旨在提供一种液流电池、液流电池堆及液流电池系统，以解决现有技术中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，包括：液流框，具有中间通道，以及与中间通道相连通的进液口和出液口；集流板，设置在液流框中间通道内；离子交换膜，设置在各集流板之间，并且离子交换膜与集流板形成容纳电解液的腔体；电极，设置在腔体内，电极配置为沿从进液口到出液口的电解液的流动方向比表面积逐渐增大。

进一步地，电极的比表面积逐渐增大为非连续性的逐渐增大。

进一步地，电极由多块单元电极组成；各单元电极具有不同的比表面积，且相邻的单元电极的比表面积沿电解液流动方向为逐渐增大。

进一步地，电极的比表面积逐渐增大为连续性的逐渐增大。

进一步地，电极的每个横截面形状相同，且电极的沿电解液流动方向的比表面积逐渐增大。

进一步地，电极的每个横截面的面积沿电解液流动的方向逐渐增大。

进一步地，电极为导电性多孔材料。

根据本发明的另一方面，提供了一种液流电池堆，包括多个串联的液流电池，液流电池为上述的液流电池。

根据本发明的另一方面，提供了一种液流电池系统，包括：液流电池堆、电解液容器和泵，电解液容器通过泵与电池堆的液流框连通，液流电池堆为上述的液流电池堆。

进一步地，液流电池系统为全钒液流电池系统。

本发明的技术方案中，液流电池包括：液流框、集流板、离子交换膜和电极。其中，液流框具有中间通道，以及与中间通道相连通的进液口和出液口；集流板，设置在液流框中间通道内；离子交换膜，设置在各集流板之间，并且离子交换膜与集流板形成容纳电解液的腔体；电极，设置在腔体内，并且，电极配置为沿从进液口到出液口的电解液的流动方向比表面积逐渐增大。虽然电解液从进液口到出液口的流动过程中，电解液中反应物质浓度随着反应的进行逐渐降低，但是本发明的液流电池的电极在电解液的流动方向的比表面积逐渐增大，也就是接触反应面积逐渐增大，这样，可以保证反应速率均一，具体说，通过电极增大比表面积来抵消反应物质浓度的降低，从而有效解决了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的问题，进而提高了电池的充放电性能和使用寿命的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了现有技术中的液流电池和液流电池堆的结构示意图；

图2示出了根据本发明的液流电池的实施例一的部分结构示意图；

图3示出了图2的液流电池的侧视示意图；