[发明专利]一种镂空涂层电池集流结构、电流密度测量系统及方法

说明书

本发明公开了一种镂空涂层电池集流结构、电流密度测量系统及方法，属于液流电池技术领域。该结构包括流道框和镂空涂层印刷电路板；流道框一侧设有进液口，进液口相对侧设有出液口，流道框第一表面刻有交替布置的流道槽；镂空涂层印刷电路板上刻有带有镂空流道肋的镂空流道，镂空涂层印刷电路板第一表面上蚀刻有导电铜带，导电铜带一端设有接线孔，另一端设在镂空流道肋上，镂空流道肋上的导电铜带部分覆盖有涂层，流道槽与镂空流道、流道肋与镂空流道肋重叠布置。流道框和涂层耐腐蚀，该结构能根据每条涂层导电铜带集流体的电流密度等于所测电流与导电铜带上覆盖涂层的区域的表面积之比，精确测量有流道液流电池内部电流密度分布情况。

技术领域

本发明属于液流电池技术领域，具体涉及一种镂空涂层电池集流结构、电流密度测量系统及方法。

背景技术

电极内部电流密度分布的均匀性是决定电池性能的关键，电极内部电流密度分布不均匀主要受到电池结构、材料、运行参数三方面综合因素的影响，电极内部电流密度分布不均会引起电池内局部严重的过电位、电压损失和副反应，造成集流板的腐蚀，缩短电池使用寿命，增加电解液泄露和电池安全隐患。

根据电池有无流道结构将反应物流动的电池内部电流密度测量方式分为：有流道电池内部电流密度测量和无流道电池内部电流密度测量。目前针对有流道液流电池内部电流密度分布测量，主要采用分区石墨集流块测量方法和印刷电路板(PCB)两种方法。针对分区石墨集流块测量方法，一种是将石墨板经过单面刻分区槽、填充粘结绝缘物质、铣除背面无槽部分、铣流道等复杂加工过程，将石墨板处理为粘结在一起的相互绝缘的分块式石墨集流结构，测量时还需与具有相同分区结构的铜箔印刷电路板(PCB)联合使用，将每块石墨集流体上的电流经与之接触的铜箔导出进行测量。该测量方法主要存在两个缺点：一是在测量过程中不能保证每块石墨集流板与导电铜片的接触情况完全一致，测量结果的精确性无法保证；二是该集流结构由于受其本身制作技术限制，肋部会有绝缘粘结剂，改变了电池流道结构和电子导电路径，该集流结构改变了电池原本流道的肋结构，会对电池充放电性能产生影响。第二种是使用插槽式集流结构，该插槽式集流结构主要由绝缘集流框和多个刀形石墨集流片组成，集流框上刻有电解液流道槽，起着导电作用的流道肋部分由插放在集流框上的若干刀型石墨集流片构成。然而该插槽式集流结构仍存在明显缺点：由于该测量结构受限于电池流道“肋-槽”结构和刀型石墨片的结构，因而仅适用于具有简单结构的单沿程单槽道或原始流道肋部互不相连的流道结构，比如蛇形单流道和平行流道，而对于广泛使用的交指型流道和回形流道，由于流道的肋部相连接，在不改变电子导电路径的情况下，刀型石墨片也必须相连接，限制了刀型石墨片分区测量的功能，无法实现电极表面电流密度分布的测量；此外，该集流结构加工复杂且成本高，不适于推广。针对印刷电路板(PCB)测量方法，是利用在电池的石墨集流板与多孔电极之间放入与流道结构肋部尺寸相同的镂空镀金铜印刷电路板(PCB，厚度约为0.5mm)实现电池内部电流密度测量。但是，以镀金铜为媒介的测量方法不适用于电解质为酸性的液流电池中，主要因为液流电池电解液为强酸溶液，H⁺离子浓度一般为4～6mol/L¹(pH值1)，PCB板的导电铜会与酸性电解液发生反应，污染电解液，无法进行电极表面电流密度分布测量。

综上所述，现有的电池内部电流密度测量方法都存在适用面窄，成本高，且无法对有流道液流电池内部的电流密度分布进行精确可靠测量的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种镂空涂层电池集流结构、电流密度测量系统及方法，解决现有方法适用面窄，成本高，且无法对有流道液流电池内部的电流密度分布进行精确可靠测量的问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种镂空涂层电池集流结构，包括流道框和镂空涂层印刷电路板；

流道框，流道框由耐腐蚀绝缘材料制成，流道框一侧设有进液口，进液口的相对侧设有出液口，流道框第一表面刻有交替布置的流道槽和流道肋，所述流道槽一端连通进液口，另一端连通出液口；