[发明专利]一种液流电池电堆及使电解液在各节电池中分布均匀以提高电池性能的方法

说明书

本发明公开了一种液流电池电堆及使电解液在各节电池中分布均匀以提高电池性能的方法。一种液流电池电堆，从公用流道入口开始，各节电池的分配流道深度逐渐递增；和/或从公用流道入口开始，公用流道的直径以等差数列逐渐增大。采用上述的液流电池电堆，使流入每节单电池的电解液流量一致。电解液线速度为0.05～0.08m/s，电解液浓度为1.5～2mol/l，电堆进口压力为0.5～1.5bar，电堆运行温度为30～40℃。通过以上两种方法，都可以有效地使每节电池的电解液流量保持一致，从而降低极差，减小浓差极化，提高电解液利用率，提高电池效率。此方案使得电解液在电极表面均匀的分布并快速流动，从而有效的提高了全钒液流电池的能量效率，延长电池的使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种液流电池电堆及使电解液在各节电池中分布均匀以提高电池性能的方法。

背景技术

能源进步是推进社会生产力发展的直接动力，随着经济社会的快速发展，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。一直以来，各个国家着手研究各种新能源。其中，以风能、太阳能和核能的大规模利用为主。全钒液流电池是将不同价态的钒离子溶液作为正极和负极的活性物质，分别储存在各自的电解液储罐中。在对电池充、放电时，电解液通过泵的驱动作用，在储罐和电堆之间循环流动，并在电极表面发生氧化还原反应，实现对电池的充、放电。全钒液流电池由电堆、电解液、泵、管路、储罐、和监控系统等构成。其中，电堆由电极、隔膜、双极板、电极框、集流板等构成。而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，其性能的好坏直接影响着全钒液流电池的系统性能、电压效率、能量效率。

目前电堆存在的问题，全钒液流电池的一个电堆由若干节单电池组成，电解液通过公用流道向每节单电池的分配流道流动，公用流道的尺寸随着电堆尺寸或节数的不同而对应变化，长度为100mm～1500mm，直径为5mm～50mm。由于公用流道长度的影响，到达每节单电池的电解液流量、入口压力不同，导致流入每节单电池的电解液的流量不同，越处于末端的单电池所获得的电解液流量越小，造成极差现象。如果极差过大，过电位过高，会造成电池性能的下降。如表1、图2所示，半堆运行放电结束时的各节电压数据，可以发现，电压随着节数的推移不断升高。如表2所示，其他测试条件相对不变的情况下，节数少的电堆性能要优于多节数的电堆性能。

表1半堆放电结束时各节电池电压

表2 110mA/cm²恒流充放电性能

电堆	电压效率	能量效率
10节电堆	84.6％	82.3％
25节电堆	83.7％	80.5％