[发明专利]一种电极框与双极板的一体式结构及应用

说明书

本发明提出一种电极框与双极板的一体式结构，其在一个平板的两侧表面中部均设有容纳电极的凹槽。在平板一侧表面的上下相对两边侧和在平板另一侧表面的左右相对两边侧，靠近中部凹槽处设有与凹槽相连通的阳极或者阴极电解液分配流道。并在平板靠近边缘处设有四个电解液通孔，其中两个电解液通孔与阳极电解液分配流道相连通，另外两个电解液通孔与阴极电解液分配流道相连通。采用该种电极框与双极板一体化结构，利用平板两侧流道的错位设置，不仅实现了双极板两侧加工有电极框的一体式结构，更是解决了常规一体式结构厚度较厚的问题。该结构能够显著减小电堆的体积。尤其适合使用超薄电极的高功率密度电堆结构。

技术领域

本发明涉及一种液流电池电堆，特别涉及液流电池电堆的电极框和双极板一体化结构。

背景技术

国家的快速发展迅速增加了对能源的大量需求，传统的化石能源越来越难以满足发展的需要，许多国家逐渐增大了可再生能源在能源结构中的比例。风能、太阳能等可再生能源大量并网，极易造成对电网的冲击，严重时危及电网安全。因此急需要一种缓冲装置来缓解可再生能源由于不连续、不可控所带来的问题。同时电网侧也同样需要一种缓冲装置来对电网的波动进行调节，实现调频调峰的功能。储能技术在此巨大需求的基础上应运而生。在众多储能技术中，尤其是化学储能发展迅速。各类型的储能电池充分展示了化学储能效率高，设计灵活的有点，已经发展出多个储能示范应用系统。其中，液流电池因其效率高、功率与容量可以分开独立设计、可以深充深放、安全性高等特点，在近十年取得了长足的进步。以全钒液流电池为代表的液流电池体系已经实现产业化，并已开展了规模达到百兆瓦的示范系统。

电堆是液流电池的核心器件，起着功率器件的重要作用。电堆一般是由几十节甚至上百节单电池，通过压滤机的方式组装而成。单电池一般是由正极集流板、正极电极框、正极电极、离子传导膜、负极电极、负极电极框、负极集流板以及他们之间的密封材料组成。相邻电池之间用双极板进行连接，在电路上串联而成。为提高电堆的性能，需要增大电堆的输出功率而保持效率不降低。电堆的电压一般由反应电对的开路电压来决定，不可随意设置。因此要想提高电堆的功率，就需要提升电堆的工作电流。经过对电池的极化分析可知，欧姆极化占据整个极化的70％左右。因此降低极间距，提高材料的导电性是提高液流电池性能的重要手段。在现阶段的高功率密度的液流电池中，电极厚度往往降低到1mm以内。此时对流道的设计十分重要。对于流通型电极结构，电解液从电极一侧流入，沿着垂直于电极厚度的方向上穿过电极，从电极另一侧流出。电解液的分布流道不能够降低至与电极厚度相同的水平，流动阻力过大，流量不足。同时电堆的体积也应该因为极间距的降低而显著的减小，不能因为流道的原因而增厚。综上，对于超薄电极结构中的电极框设计提出了很高的要求。

发明内容

为解决超薄电极使得电堆体积明显减小与流道阻力不能太大，反而会增大电堆体积之间的矛盾。本发明提出一种液流电池电堆结构，尤其是涉及液流电池电堆的电极框与双极板的一体化结构设计。

提出一种电极框与双极板的一体式结构，其包括一个平板，并在平板的两侧表面中部分别设有用于容置电极的、相对应的凹槽。在平板的一侧表面的上下相对二边侧、靠近中部凹槽处设有与中部凹槽相连通的阳极电解液分配流道；相应的在平板的另一侧表面的左右相对二边侧、靠近中部凹槽处设有与中部凹槽相连通的阴极电解液分配流道。

上述的一体式结构，在平板四周边缘靠近电解液分配流道处分别设有四个电解液通孔，其中二个电解液通孔与阳极电解液分配流道相连通，另外二个电解液通孔与阴极电解液分配流道相连通。

上述的一体式结构，其包括一长方形平板，在平板的二侧表面中部分别设有用于容置电极的、相对应的凹槽。在平板的一侧表面的两相对长边侧、靠近中部凹槽处设有与中部凹槽相连通的阳极电解液分配流道，相应的在平板的另一侧表面的两相对宽边侧、靠近中部凹槽处设有与中部凹槽相连通的阴极电解液分配流道。

上述的一体式结构中，在长方形平板靠近四个角的位置分别设有电解液通孔，其中二个电解液通孔与阳极电解液分配流道相连通，另外二个电解液通孔与阴极电解液分配流道相连通。