[发明专利]液流电池用电极框、电堆及其电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及液流电池用电极框、电堆及其电堆系统，属于液流电池技术领域。

背景技术

世界范围的能源紧张和环境加剧恶化的态势促使世界各国开发和利用可再生能源的呼声日益高涨。但无论太阳能还是风能，都存在能量供应的不稳定性，需要性能优良的储能系统与之配套。电网的削峰填谷、平衡负荷也需要规模储能技术。

作为新型绿色二次蓄电池，液流电池拥有安全性高、设计灵活、快速响应、无特殊地形要求、运行和维护费用较低等其他二次电池所难以比拟的优势，已经在太阳能储能系统、风电储能系统、大型应急电源系统和电力系统削峰填谷等多个领域成功应用。

液流电池的单电池标准开路电压较小，为满足实际应用，需要将一定数量的单电池串联组装成电堆，以便得到所需的电压，如图1所示。液流电池电堆通常由双极板、电极框、离子传导膜、电极、端板、集流板和其它部件组成。电解液通过电堆内部的公共管路进入各单电池的正负极电极，正极或负极电解液均以并联的方式实现对各单电池的分配。如图1所示，在目前电堆组装方式中，往往选择双极板和电极框的面积相同，双极板与电极框上的电解液通道位置及尺寸一致，在组装时相互对应，形成连续、同心、贯穿的电解液公共管路。

液流电池在充放电过程中，电堆内部电解液公用管路是最为薄弱的部分之一，因为流动的电解液与接触的双极板材料相互碰撞和接触，会使得在如图2所示椭圆形区域内的电解液公共管路处发生化学及电化学腐蚀。上述现象的发生会导致电堆性能的衰减，随着电堆运行时间的延长，会导致电解液在双极板腐蚀处形成互串，失去分隔正负极电解液的作用，造成电堆无法工作。

发明内容

本发明的目的是通过电极框和双极板的结构及其匹配的改进，解决在电解液公共管路部位处双极板的腐蚀问题，从而提高电堆运行稳定性能和可靠性。

本发明液流电池用电极框，具有框体结构，所述框体具有内边缘、外边缘和两个侧面，其特征在于，沿所述框体的一个侧面的内边缘设有凹陷部，凹陷部也为框体结构，具有凹陷部内边缘和凹陷部外边缘。

电极框凹陷部如图6所示。

本发明还提供液流电池电堆，依次包括作为一个单电池的正电极用的正极电极框、双极板和作为相邻的另一个单电池的负电极用的负极电极框，所述正极电极框和所述负极电极框具有上述所述的液流电池用电极框的结构，所述凹陷部位于所述正极电极框和所述负极电极框靠近双极板的侧面，所述双极板的长度不大于凹陷部外边缘的长度，所述双极板的宽度不大于凹陷部外边缘的宽度。

进一步地，所述正极电极框的凹陷部和负极电极框的凹陷部为镜像对称结构。

进一步地，所述凹陷部的厚度为双极板厚度的1/9～1。

进一步地，所述凹陷部的厚度为双极板厚度的1/2～1。

进一步地，所述凹陷部的厚度为双极板厚度的一半。

上述所述厚度的误差不大于±0.2mm。

进一步地，为了解决双极板与电极框间的密封问题，所述正极电极框和负极电极框的凹陷部分别设有第一密封结构，所述电极框与双极板通过第一密封结构紧密连接。以保证双极板两侧电解液的隔离。

如图8所示，第一密封结构为线密封形式，即凹陷部与双极板采用线密封，是指分别在正极电极框和负极电极框的凹陷部，对称设置两条密封槽，并采用与密封槽相适应的密封条实现电极框与双极板的紧密连接。

如图9所示，第一密封结构为面密封形式，即凹陷部与双极板采用面密封，是指分别在正极电极框和负极电极框的凹陷部，对称设置密封垫，实现电极框与双极板的紧密连接。

液流电池的正极电极框和负极电极框设有电解液公共管路，进一步地，为了解决电解液公共管路电解液的内漏和外漏问题，本发明所述正极电极框或/和负极电极框在电解液公共管路的圆周方向的外侧设有第二密封结构，正极电极框和负极电极框通过第二密封结构紧密连接。

如图10所示，第二密封结构为线密封形式，即在正极电极框或负极电极框电解液公共管路的圆周方向的外侧设有密封槽，并采用与密封槽相适应的密封条实现正极电极框和负极电极框的紧密连接。

如图11所示，第二密封结构为面密封形式，即在正极电极框或负极电极框电解液公共管路的圆周方向的外侧，对称设置密封垫，实现正极电极框和负极电极框的紧密连接。

进一步地，所述面密封的材料，即密封垫为硅橡胶、三元乙丙橡胶或氟橡胶，其中优选氟橡胶。

本发明还提供液流电池系统，包括以上所述的液流电池用电极框，或包括以上所述的液流电池电堆。