[实用新型]一种用于大功率液流电池堆的双极板板框结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种新能源技术领域，尤其是涉及一种用于大功率液流电池堆的双极板板框结构。

背景技术

利用风能、太阳能等可再生能源发电是人类将来利用新能源发电的最主要的方式。由于风能、太阳能发电过程受自然因素如天气等影响，具有随机性、不连续特点，难于保持稳定的电能输出，需要和一定规模的电能储存装置相配合，构成完整的供电系统，保证持续稳定的电能供应。因此，开发电能转化效率高、储存容量大、经济性能好的储能系统成为利用新能源发电的技术关键。在与各种形式的储能技术，例如蓄水储能电站、高速飞轮机械储能、超导储能等相比较，电化学储能具有能量转化效率高，可移动性强等特点，在各类储能技术中有独特的优势。在各种电化学储能技术中，液流电池系统具有大容量电能储存与高效转化功能，以及使用寿命长、环保、安全的特点，易于和风能、太阳能发电相匹配，可以大幅度降低设备造价，为新能源发电提供技术保证。用于电网系统储能，适合于中等规模厂矿企业、宾馆饭店、政府部门的不间断电源使用，能够有效改善电网供电质量，完成电网的“移峰填谷”作用。

全钒液流电池(Vanadium Redox Battery，VRB)是一种新型化学电源，通过不同价态的钒离子相互转化实现电能的储存与释放，使用同种钒元素组成电池系统，从原理上避免了正负半电池间不同种类活性物质相互渗透产生的交叉污染。(图1)使用溶解在电解液中不同价态钒离子作为电池正极和负极活性物质，正极电解液和负极电解液分开储存，从原理上避免电池储存过程自放电现象，适合于大规模储能过程应用。正极电解液储槽B和负极电解液储槽A通过磁力泵D为全钒液流电池的正极E和负极E提供电解液，正极E和负极E’通过离子交换膜G隔开，为电源负载C供电。当风能、太阳能发电装置的功率超过额定输出功率时，通过对液流电池的充电，将电能转化为化学能储存在不同价态的离子对中；当发电装置不能满足额定输出功率时，液流电池开始放电，把储存的化学能转化为电能，保证稳定电功率输出。由于液流电池对于风能、太阳能等可再生能源发电过程的重要意义，作为关键技术在国内外得到普遍关注。

全钒液流电池充电／放电运行过程，电极上将发生以下氧化还原反应。

正极反应：

负极反应：

由于正极电解液和负极电解液分别处于氧化性价态和还原性价态，无论是在电堆内部的充电／放电运行过程，还是电解液输送过程，需要保持正极电解液和负极电解液不发生混合，否则不同价态的钒离子间彼此交换电子产生自放电现象，严重影响电池效率。通常情况，两种电解液输送管路、输送泵，以及储存容器容易实现彼此独立，不产生正极电解液和负极电解液混合问题。然而，电解液在电堆内部流动过程以及流过存储容器的流动过程，存在三种引起正极、负极电解液混合或自放电现象。1)穿过离子交换膜的混合：当离子交换膜对于钒离子阻挡性能欠佳时，电池充电／放电运行过程伴随氢离子迁移，钒离子发生跨膜渗透；可以通过选择合适的膜材料，提高对钒离子／氢离子选择性，解决钒离子跨膜渗透问题。2)穿过电堆密封结构的混合：两种电解液需要同时穿过同一个界面，并分配到电极表面进行电化学反应。电堆密封要保证电解液既不能泄漏到电堆外部，又要确保电堆内部彼此间不串液，特别是在同一个平面上实现离子交换膜和两种电解液同时密封，往往十分困难。现有液流电池技术(中国专利公开号：1531761A，1515046A)采用O型密封环同时压接隔膜和密封电解液方式，进行电堆密封，取得一定效果。然而，该电堆结构密封方式严重依赖于电池板框加工精度和密封材料性能，在长期使用过程中往往因温度变化、离子交换膜尺寸变化等因素，引起两种电解液从密封部位泄漏，产生混合后的自放电问题。3)通过电解液供给各单电池时存在其用电解液进出口总管道，或叫公共管道，导致各电池内部产生旁路电流，导致电池自放电，并造成电池容量部分损失。

为了解决现有液流电池的电堆内部三种电解液从密封部位泄漏、交叉泄漏与减少通过电解液自放电问题，避免电解液交义污染，减少通过电解液自放电，提高库仑效率。专利申请200910078434.2公开了一种液流电池，其正负液流板框及其内框均为正方形或矩形，正负液流框板下部一角设置进液孔，另一角设置过液孔，上部一角设置出液孔，另一角设置过液孔，正、负液流板框上部和下部分别设有进液支路流道和出液支路流道，进液支路流道和出液支路流道均匀由三条长直槽首尾迂回连接构成盘蛇状流道，成倍增加了进出液支路流道的长度，从而成倍增加了电解液进、出液支路流道的电阻，因而成倍降低了液流电池自放电电流，大大提高了液流电池的能量效率。