[发明专利]一种适用于梯形液流电池的双极板及应用

说明书

一种适用于梯形液流电池或电堆的双极板，所述双极板为一梯形平板状结构，在平板的一侧表面或二侧表面中部有一用于与电极接触的等腰梯形区域；电解液从梯形电极区域的下底边流入经电极区域后再由梯形上底边流出，流入的梯形下底边称之为电极区域入口侧边，流出的梯形上底边称之为电极区域出口侧边；在梯形电极区域的左右两腰上分别向电极区域中部各设有2组由1个或2个以上四边形凹槽构成凹槽组，称之为导流凹槽，2组凹槽组中的一组靠近入口侧边设置，另一组靠近出口侧边设置。通过促使电解液从入口截面中部直接流向出口壁面附近来提高出口附件的活性物质浓度，从而有效减小在进出口方向上反应活性物质的浓度梯度，降低极化。

技术领域

本发明涉及液流电池领域，特别涉及液流电池或电堆双极板。

背景技术

化石能源逐渐枯竭，可再生能源的发展和利用既是选择也是必然，世界各国越来越重视能源危机与环境问题的解决策略，他们将决定人类社会未来的走向。但要实现可再生能源的利用，发展储能技术是不可避开的一环。电化学储能技术是利用电化学氧化还原活性物质对分别发生电解池和原电池过程而实现电能的存储和释放。以放电过程为例，在电池的正极发生还原反应，正极活性物质得到电子，同时电池负极发生氧化反应，负极活性物质失去电子，从而在外电路形成从正极到负极的电流，向电网或用电设备供电。液流电池技术是众多点化学储能技术的一种，其特点在于活性物质不再是固定于正负极不动，而是通过泵的作用在电极内部流动，现有的液流电池技术包括全钒液流电池技术、锌铁液流电池技术、锌溴液流电池技术以及有机系新型液流电池技术等。正是由于液流电池这一特点，其可分别通过增大电极面积和增加电解液的体积或浓度来提高储能系统的功率和容量，从而成为大规模储能应用的首选技术。中国专利(专利申请号：201410495737.5)中提出了梯形电堆的新型结构，该结构可以有效减小电极中的浓差极化，具有很高的实用性。但是，与传统矩形电池相比，梯形电池四个转角和壁面处容易出现电解液流速过大或过小，使得活性物质分布不均，局部极化明显，进而造成电池的性能下降和材料腐蚀等问题，而但通过合理地设计液流电池或电堆双极板，可有效提高电解液分布的均匀性，提升电池效率，降低系统成本。

发明内容

针对梯形液流电池中电解液分布不均匀的问题，提出一种新型的液流电池双极板结构，其结构简单，加工方便，通过在双极板上设计适当朝向的梯形导流凹槽，可实现电解液均匀流入、流出电极反应区域，从而实现梯形电池内部活性物质的均匀分布，缓解局部效应，有效降低浓度梯度和总体极化，提升电电池性能，降低系统成本。

为实现上述目的，本发明提供的具体技术方案如下:

一种适用于梯形液流电池或电堆的双极板，所述双极板为一梯形平板状结构，在平板的一侧表面或二侧表面中部有一用于与电极接触的等腰梯形区域，称之为电极区域；电解液从梯形电极区域的下底边流入经电极区域后再由梯形上底边流出，流入的梯形下底边称之为电极区域入口侧边，流出的梯形上底边称之为电极区域出口侧边；在梯形电极区域的左右两腰上分别向电极区域中部各设有2组由1个或2个以上四边形凹槽构成凹槽组，称之为导流凹槽，2组凹槽组中的一组靠近入口侧边设置，另一组靠近出口侧边设置。

本发明电池或电堆设计标准为：

双极板板体表面所在平面为平面A，电极区域两底边的中垂线为线B，电极区域的中位线为线C，四边形凹槽平行于平面A的截面为凸四边形D，四边形D的一条边E位于电极区域两腰中的任意一条上，四边形D的另一条边F位于靠近线B处且平行于线B或位于线B上。

位于梯形电极区域同一条腰上的两组凹槽中，其中一组凹槽M对应的四边形D位于线C靠近梯形电极区域下底边一侧，另一组凹槽N对应的四边形D位于线C靠近梯形电极区域上底边一侧，且线B不与任一四边形D的边E和边F同时相交；凹槽M对应的四边形D的边F所在的两个四边形内角均大于或等于90°，且边F所在的两个四边形内角之和大于180°；凹槽N对应的四边形D的边F所在的两个四边形内角均小于或等于90°，且边F所在的两个四边形内角之和小于180°。