一種含變速流道的液流電池用雙極板制造技術

本發明專利技術涉及一種含變速流道的液流電池用雙極板，其通過對現有技術中的液流框和雙極板結構進行科學合理的改進并一體化，可以實現電解液沿進出液口方向速度逐漸增加，以速度梯度平衡濃度梯度引起的濃差極化對電池性能的影響，同時減少密封元件數量，減小電極厚度的目的，從而簡化電堆裝配工藝，減少電堆中電解液外漏，降低電池歐姆內阻，提高電池運行的穩定性和電池性能。

Bipolar plate for fluid flow battery with variable flow passage

The present invention relates to a bipolar plate containing a variable flow flow battery, which is based on the existing technology of fluid flow in the box and double plate structure was improved and the integration of scientific and reasonable, can achieve the electrolyte increases along the liquid inlet and outlet velocity, the concentration polarization in the velocity gradient caused by concentration gradient on the battery balance the performance, while reducing the number of sealing components, reduce the thickness of the electrode, thus simplifying the stack assembly process, reduce the stack in electrolyte leakage, reduce ohmic resistance, improve the performance and stability of battery operation.

【技術實現步驟摘要】
一種含變速流道的液流電池用雙極板
本專利技術涉及液流電池領域，特別是一種含變速流道的液流電池用雙極板。
技術介紹
液流電池，是采用不同價態的釩離子溶液作為正負極電解液，由外部泵驅動電解液在儲液罐和電堆之間循環流動，電解液在電堆中發生氧化還原反應實現充放電過程的電池。液流電池由電堆、電解液和泵等管路系統組成，電堆包括離子傳導隔膜、液流框、電極、雙極板和集流板等。電堆單體電池以離子傳導隔膜為中心，兩端依次為：電極和液流框、雙極板結構。離子傳導隔膜與液流框之間、液流框和雙極板之間有密封元件。數級或數10級單體電池被夾持在兩個不銹鋼端板之間，經壓濾機壓緊作用組成一個電堆。電解液在儲液罐和電堆之間循環流動，其中必然要經過液流框，液流框在電堆中起到分配電解液在電堆中的流動方式、防止電解液外漏的作用；密封元件主要對電解液起到密封、防止外漏作用；雙極板主要起分隔電堆中的每個單體電池和收集、輸送電流的作用。由于液流框、密封元件和雙極板對電堆起著不可或缺的作用，其結構和材料將直接影響液流電池的穩定性和電池性能。目前，通用的液流框上設置有等深度電極置放槽，電解液沿進出液口方向流動速度基本一致，但隨著反應的進行，沿進出液口方向反應物濃度逐漸降低，通常使得沿進出液口方向濃差極化逐漸增加，尤其是在充放電末期或者高電流密度下影響顯著，導致電池整體性能下降。同時，目前通用的液流框和雙極板是兩個獨立的結構，組成電堆時兩者之間必須添加密封元件。液流框通常采用PVC材料，雙極板采用無孔石墨材料、金屬或合金材料以及各種復合材料，密封結構一般有面密封或線密封兩種方式。液流框、密封元件、雙極板、液流框、密封元件、雙極板…的裝配工序繁瑣，若裝配不合理，容易引起電解液外漏，影響電池的穩定運行；而且，密封元件成本也較高；此外，液流框一般應具有防止電解液外漏的作用，因此加工時，液流框的厚度要比液流框上的流道深度大1mm左右，對應的電極厚度較大，引起較大的歐姆內阻，進而影響電池性能。
技術實現思路
本專利技術的目的是，針對現有技術存在的問題，為克服現有技術中的缺陷，提出并研究一種含變速流道的液流電池用雙極板，其通過對現有技術中的液流框和雙極板結構進行科學合理的改進并一體化，可以實現電解液沿進出液口方向速度逐漸增加，以速度梯度平衡濃度梯度引起的濃差極化對電池性能的影響，同時減少密封元件數量，減小電極厚度的目的，從而簡化電堆裝配工藝，減少電堆中電解液外漏，降低電池歐姆內阻，提高電池運行的穩定性和電池性能。附圖說明圖1：液流電池電堆中間的雙極板；圖2：液流電池電堆第一個雙極板；圖3：液流電池電堆的最后一個雙極板；圖中：1-正極進液通孔，2-負極出液通孔，3-正極電解液流道，4-正極出液通孔，5-負極進液通孔，6-負極電解液流道，7-雙極板，8-正極進液流道，9-正極出液流道，10-負極出液流道，11-負極進液流道，12-環狀突臺。具體實施方式含變速流道的液流電池用雙極板7的厚度為12mm,長度為80mm,寬度為60mm，靠近正極進液流道8或負極進液流道11側正極電解液流道3或負極電解液流道6深度為4mm，靠近正極出液流道9或負極處液流道10側正極電解液流道3或負極電解液流道6深度為2mm，正極電解液流道3或負極電解液流道6側的環狀凸臺厚度為1mm；正極電解液由雙極板上的正極進液通孔1流入，經正極進液流道8流入正極電解液流道3，后由正極出液流道9匯流至正極出液通孔4流出；負極電解液由雙極板上的負極進液通孔5流入，經負極進液流道11流入負極電解液流道6，后由負極出液流道10匯流至負極出液通孔2流出。采用這種含變速流道的液流電池用雙極板組裝的全釩液流電池電堆在80mAcm-2條件下測試的電堆能量效率為84.2％，比采用常規無變深流道的雙極板結構裝配的電堆效率增加了約4％。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種含變速流道的液流電池用雙極板，對于應用于電堆中間的雙極板，于雙極板的二側表面分別設有對稱分布的流道，且于雙極板的二側表面流道四周設有作為液流框的環狀突臺，流道處于環狀突臺所圍繞的區域內，一側為帶有正極電解液進液口和正極電解液出液口的正極電解液流道，于環狀突臺上設有分別與正極電解液進液口和正極電解液出液口相連通的貫穿雙極板板體的進液通孔和出液通孔；另一側為帶有負極電解液進液口和負極電解液出液口的負極電解液流道，于環狀突臺上設有分別與負極電解液進液口和負極電解液出液口相連通的貫穿雙極板板體的進液通孔和出液通孔；對于應用于電堆的第一個雙極板，雙極板的一側表面設有流道，且于雙極板的表面流道四周設有作為液流框的環狀突臺，流道處于環狀突臺所圍繞的區域內，其為帶有正極電解液進液口和正極電解液出液口的正極電解液流道，于環狀突臺上設有分別與正極電解液進液口和正極電解液出液口相連通的貫穿雙極板板體的進液通孔和出液通孔；對于應用于電堆的最后一個雙極板，雙極板的一側表面設有流道，且于雙極板的表面流道四周設有作為液流框的環狀突臺，流道處于環狀突臺所圍繞的區域內，其為帶有負極電解液進液口和負極電解液出液口的負極電解液流道，于環狀突臺上設有分別與負極電解液進液口和負極電解液出液口相連通的貫穿雙極板板體的進液通孔和出液通孔；正極電解液流道為深度均勻變化的流道，流道深度自正極電解液進液口至正極電解液出液口方向均勻降低，即靠近正極電解液進液口側流道深度較大，靠近正極電解液出液口側流道深度較?。回摌O電解液流道為深度均勻變化的流道，流道深度自負極電解液進液口至負極電解液出液口方向均勻降低，即靠近負極電解液進液口側流道深度較大，靠近負極電解液出液口側流道深度較小；雙極板二側的正極電解液進液口與負極電解液出液口成面對稱分布；雙極板二側的正極電解液出液口與負極電解液進液口成面對稱分布。...

【技術特征摘要】
1.一種含變速流道的液流電池用雙極板，對于應用于電堆中間的雙極板，于雙極板的二側表面分別設有對稱分布的流道，且于雙極板的二側表面流道四周設有作為液流框的環狀突臺，流道處于環狀突臺所圍繞的區域內，一側為帶有正極電解液進液口和正極電解液出液口的正極電解液流道，于環狀突臺上設有分別與正極電解液進液口和正極電解液出液口相連通的貫穿雙極板板體的進液通孔和出液通孔；另一側為帶有負極電解液進液口和負極電解液出液口的負極電解液流道，于環狀突臺上設有分別與負極電解液進液口和負極電解液出液口相連通的貫穿雙極板板體的進液通孔和出液通孔；對于應用于電堆的第一個雙極板，雙極板的一側表面設有流道，且于雙極板的表面流道四周設有作為液流框的環狀突臺，流道處于環狀突臺所圍繞的區域內，其為帶有正極電解液進液口和正極電解液出液口的正極電解液流道，于環狀突臺上設有分別與正極電解液進液口和正極電解液出液口相連通的貫穿雙極板板體的進液通孔和出液通孔；對于應用于電堆的最后一個雙極板，雙極板的一側表面設有流道，且于雙極板的表面流道四周設有作為液流框的環狀突臺，流道處于環狀突臺所圍繞的區域內，其為帶有負極電解液進液口和負極電解液出液口的負極電解液流道，于環狀突臺上設有分別與負極電解液進液口和負極電解液出液口相連通的貫穿雙極板板體的進液通孔和出液通孔；正極電解液流道為深度均勻變化的流道，流道深度自正極電解液進液口至正極電解液出液口方向均勻降低，即靠近正極電解液進液口側流道深度較大，靠近正極電解液出液口側流道深度較小；負極電解液流道為深度均勻變化的流道，流道深度自負極電解液進液口至負極電解液出...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張華民，鄭瓊，李先鋒，邢楓，
申請(專利權)人：中國科學院大連化學物理研究所，
類型：發明
國別省市：遼寧,21