[发明专利]电化学液流电池单元组件及其双极板

说明书

技术领域

本发明涉及一种电化学液流电池(electrochemicalflowcell)技术，特别涉及一种电化学液流电池单元组件及其双极板。

背景技术

电化学液流电池，也称为氧化还原液流电池(redoxflowbattery)是一种电化学储能装置，是利用电解质(正极电解质、负极电解质)中氧化还原反应的离子价数变化的储电电池。

电化学液流电池一般是由离子交换膜、在离子交换膜两侧分别配设有细密多孔的正电极及负电极、与正电极侧的正极双极板和负电极侧的负极双极板所构成的单元(singlecell)结构，通常为了取得高电压，可将数个单元结构堆栈成为电池堆(stack)。然后通过正、负极电解质分别经过正、负电极形成循环回路，使电化学液流电池放电；或者从外部对电池进行充电。

目前电化学液流电池常见的是使用不同价数的钒离子硫酸水溶液，以V(Ⅳ)/V(Ⅴ)和V(Ⅱ)/V(Ⅲ)氧化还原对可进行的电化学反应如下：

正极反应：VO²⁺+2H⁺+e^-←→VO²⁺+H₂O

负极反应：V²⁺←→V³⁺+e^-

全反应式：VO²⁺+2H⁺+V²⁺←→VO²⁺+H₂O+V³⁺

氧化还原型的电化学液流电池具有安全性高、完全充放电、能量效率高、电池寿命长、电解质劣化少、不会排放有害环境的气体以及电解质储存槽增加即可增加系统储电容量等特征，可用于解决再生能源常具的间歇特性，使得再生能源对于电力电网供电的不确定性获得改善。

然而，上述电化学液流电池常有电极与双极板接触阻抗过高、电解质停滞及浓度极化等现象，会影响电池内部质子与电子传输效能，而使得电池整体效率不佳，故需要改良电池结构，以提升双极板与电极接口的接触性以及增加电解质在流场流动的分配性，并能改善电荷传递，有利提升氧化还原电池的电流密度及能量效率以及储电容量。

发明内容

本发明提供一种电化学液流电池的双极板，以增加电解质在流场流动的分配性。

本发明另提供一种电化学液流电池单元组件，能提升双极板与电极接口的接触性进而提升电池的电流密度、能量效率以及储电容量。

本发明的电化学液流电池的双极板包括不导电部与导电部。不导电部是具有中空区域的框架结构，其中框架结构包括数个分配流道以及数个歧管孔(manifolds)。导电部则设置于上述中空区域并与不导电部密合而形成一容置空间，其中导电部具有数个岛丘结构，用于在容置空间内构成数个电解质流路，且不导电部的分配流道能引导电解质流进与流出所述导电部。

本发明的电化学液流电池单元组件，包括质子交换膜、位于所述质子交换膜两侧的一对电极、以及位于每个所述电极两侧的一对双极板，其中每一个双极板包括不导电部与导电部。不导电部是具有中空区域的框架结构，其中框架结构包括数个分配流道以及数个歧管孔。导电部则设置于上述中空区域并与不导电部密合而形成一容置空间，且不导电部的分配流道能引导电解质流进与流出所述导电部。上述导电部具有数个岛丘结构，用于在容置空间内构成数个电解质流路，而电极内嵌于所述容置空间内并与岛丘结构接触。

在本发明的一实施例中，上述电极包括多孔性材料导电石墨毡、导电碳毡或导电碳纸。

在本发明的一实施例中，上述电极在组立前后的厚度压缩比值为10％至75％。

在本发明的一实施例中，上述不导电部的材料包括聚氯乙烯(PVC)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)或聚四氟乙烯(PTFE)。

在本发明的一实施例中，上述导电部包括导电石墨板或复合导电碳板。

在本发明的一实施例中，上述不导电部与导电部之间采用密封组件或胶合方式紧密搭接。

在本发明的一实施例中，上述岛丘结构包括多边形、圆形或直条型结构。

在本发明的一实施例中，上述岛丘结构的高度与所述容置空间的厚度的比值为0.1至0.5。

在本发明的一实施例中，上述岛丘结构的间距与所述电解质流路的宽度之间的比值为0.2至0.8。

在本发明的一实施例中，上述电解质流路的宽度为0.5mm至2.5mm。