[实用新型]一种液流电池电堆结构

说明书

一种液流电池的电堆结构，包括中空的环形液流框和置于液流框中部空腔的电极。在环形液流框一侧表面的上下两端分别设有电解液进口流道和电解液出口流道。进口流道和出口流道的一端与电解液储罐相连，另一端与环形液流框中部空腔相连通。电极为2个以上的长方形或者梯形板状结构，以从左向右、相互间隔的方式，平铺于环形液流框中部的空腔内。或者电极以交指形式平铺于环形液流框中部的空腔内。通过该结构设置，电解液在电极中的流动路径可以显著缩短至毫米‑厘米级，可以搭配更高的电极压缩比来减小电池的电阻而不需要担心电解液分布均匀性带来的影响，有效的降低电堆的浓差极化。

技术领域

本实用新型涉及液流电池结构，特别涉及液流电池的电极形状与排布。

背景技术

可再生能源的快速发展已经推动传统能源占总消耗能源的比重逐步降低，大量的光伏、风能等可再生能源基础设施建设上马。而随着可再生能源的大力发展，其稳定并网问题逐渐突出。由于光伏、风能等可再生能源具有不连续、不稳定的特性，直接并网会对电网造成巨大的冲击，甚至导致电网瘫痪。因此出现大量的可再生能源弃用的现象。为缓解这种现象，急需要一种电能装置，可以平抑可再生能源的不稳定性，使其更加可控。真正的实现健康并网。为此，出现了多种储能技术，其中化学储能，尤其是电化学储能在最近的十多年间快速的发展，已经逐步成为最有前途的可再生能源配套技术之一。电化学储能具有设计灵活性高、效率高的特点。尤其在液流电池方面，更是具备了高安全性、容量和功率可独立设计、可深度充放电的特点。

液流电池是将负极绝缘板、负极集流板、负极电极、负极电极框、离子传导膜、正极电极框、正极电极、正极集流板和正极绝缘板通过电池的金属或者塑料端板压紧在一起，并在上述材料之间设置密封垫，实现电池的封装。为了实现更高的电池功率密度，以期在尽可能小的电池体积下发挥出更大的电池功率，降低电池成本。就需要在提高工作电流密度的同时，保持电池的极化在很低的水平，保持电池的效率不变。电池的极化分为欧姆极化、电化学极化和浓差极化。通常采用减小电池材料的电阻、减小电极之间的距离、提高电极的反应活性和提高电解液的补充量来控制三个极化。而减小电极之间的距离和提高电解液的补充量实际是相矛盾的设计，过小的极间距会造成过大的流动阻力，不利用电解液的流动。为此只有更换功率更高的泵，就会引起系统的效率下降。因此，在减小极间距的同时，保证电解液的流动顺畅，减小流动阻力是降低浓差极化的设计关键。现有结构往往是减小电极框中的电极电解液进液口和电解液出液口之间的距离，来减小流动阻力。但是为获得高的功率，电极面积不可缩小太多。因此设计出的电堆往往长宽比非常高，不利于电池系统内的排布。

实用新型内容

为了减小高的长宽比带来的电池系统内的排布困难问题。本实用新型提供一种液流电池结构，其不需要很高的长宽比，即可实现低流阻以及高电解液分布均匀性的特点：

一种液流电池电堆结构，包括中空的环形液流框和置于环形液流框中部空腔内的电极，环形液流框中部空腔为长方形，于环形液流框一侧表面的上下二端分别设有电解液进口流道和电解液出口流道，电解液进口流道和电解液出口流道的一端与电解液储罐相连，另一端与环形液流框中部空腔相连通：

上述电极为2个以上的长方形板状结构，2个以上的电极从左至右按长边相平行、相互间隔的方式、沿平行于液流框表面的平面平铺于环形液流框中部空腔内。电极从左至右的宽度与相邻电极从左至右的间距比为1:4-4:1，优选1:2-2:1。

上述电极也可为2个以上的梯形板状结构，2个以上的电极从左至右按下底边靠近环形液流框电解液出口流道、上底边靠近环形液流框电解液进口流道、相互间隔顺序排列的方式、沿平行于液流框表面的平面平铺于环形液流框中部空腔内。电极的面积与从左至右相邻电极之间的空腔面积比为1:4-4:1，优选1:2-2:1。