[发明专利]一种氧化还原液流电池的电极框及其电堆

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化还原液流电池，更具体的涉及一种氧化还原液流电池的电极框及其组装的电堆。

背景技术

能源进步是推动社会生产力高速发展的直接动力，随着经济的快速发展，传统的化石能源早已不能满足现今人类发展的需要，并且造成大量的二氧化碳排放，对环境产生巨大的影响。自上世纪末，各个国家就着手开始新能源的研发，以求以更低廉的价格获得低排放和储量丰富的电力资源。其中，以风能、太阳能和核能的大规模利用为主。风能、太阳能等可再生能源发电系统具有不连续、不稳定的非稳态特征，而大规模高效储能技术是解决这一问题的关键技术。液流储能电池是一种大规模高效电化学储能装置，相比于其他储能技术具有能量转换效率高，蓄电容量大，系统设计灵活，可靠性高，可深度放电，以及运行维护费用低和环境友好等优点。尤其是其容量与功率可独立设计的特点，非常适合发展大规模储能。全钒氧化还原液流电池作为最具有商业化潜力的电化学储能技术，已经在大规模储能中进行示范应用，效果显著。其采用离子交换膜将正极和负极隔开，通过正极和负极各自闭合的循环管路，用循环泵使得电解液储罐中的电解液流入电池中的电极表面，利用正负极电解液中不同价态的金属钒离子之间的相互转化，将化学能转化为电能。

电极框在全钒液流电池中起到组织电解液流动与分配、支撑电极的重要作用。传统的电极框设计注重流道的结构设计，意在使得电解液能够在电极中均匀分配，力求使电极中各点的流速相等。但通过电池的极化分析可知，电池的浓差极化是由于电解液的供应不足引起的，这就要求电解液在流经电极的过程中要尽量减小沿流经长度上的浓度梯度，因此就需要有足够的电解液浓度或者流速，而这些条件在电解液刚流入电极中时非常容易满足，但随着电解液沿流经路径流动至电极出口，浓度明显下降，非常容易产生较大的浓差极化。此时如果能够适时提高电解液流速，则能明显的改善浓差极化造成的影响。因而电极的形状应该能够与电解液的浓度梯度相适应，不一定要如一种液流电池的液流框装置及其组成的电堆（申请号：201210524517.1）及其他专利中所述，电极的形状为矩形。

发明内容

本发明的目的在于不断提高电解液在电极中沿流经路径的流速，减小电池中的浓差极化的氧化还原液流电池电极框及氧化还原液流电池堆。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种氧化还原液流电池的电极框为平板状结构，于电极框中部设有一用于嵌入电极的通孔，形成可嵌入电极的镂空电极槽；于电极框的一侧、形成镂空电极槽的通孔边缘处设有相对的进液分配流道和出液分配流道；进液分配流道与镂空电极槽的交界面处为电极进液面，出液分配流道与镂空电极框的交界面处为电极出液面。以垂直于从进液分配流道至出液分配流道的方向作为镂空电极槽的宽度方向；从电极进液面至电极出液面，任意一处的镂空电极槽的宽度小于此处到电极进液面的任意一处的镂空电极槽的宽度。

所述的氧化还原液流电池的电极框，其中从靠近电极出液面起至电极进液面的镂空电极槽的宽度成线性增大。

所述的氧化还原液流电池的电极框，其中电极进液面与电极出液面相平行。

所述的氧化还原液流电池的电极框，包括两个靠近电极框边缘的通孔分别作为电解液进液口和电解液出液口，进液分配流道和出液分配流道分别与电解液进液口和电解液出液口相连；于电极框上、进液分配流道和出液分配流道的同一侧的四周边缘设有环状的密封线槽。

所述的氧化还原液流电池的电极框，其中靠近电极框边缘处设有作为定位孔的通孔。

所述的氧化还原液流电池的电极框在装配时，将耐酸碱腐蚀的橡胶材料的密封线压入电极框上的密封线槽，从而实现电池的密封。

所述的氧化还原液流电池的电极框的框体材质为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或ABS。

一种氧化还原液流电池堆的电极框采用上述任一的电极框。

本发明的有益效果：

该电极框可有效提高电解液在电极中沿流经路径的流速，减小因电解液供应不足所造成的浓差极化，提高电堆的电压效率和能量效率，并且采用该电极框组装的电堆的电解液利用率均有明显提高，功率密度以及容量的提升使得全钒液流电池储能技术的应用成本得到有效的控制。

附图说明

图1传统的电极框中镂空电极槽的设计，其中1电解液进液口，2电解液出液口，3进液分配流道，4出液分配流道，5镂空电极槽，6电极进液面，7电极出液面，8密封线槽；

图2一种氧化还原液流电池的电极框设计；

图3另一种氧化还原液流电池的电极框设计。