一種蛇形流道的雙極板及其在全釩液流電池中的應用制造技術

本發(fā)明專利技術涉及一種蛇形流道的雙極板，于雙極板的二側表面設有用于流體流動的蛇形流道；沿流體流動方向于流道內設有1個以上的擾流槽，同一流道內沿流體流動方向的內相鄰擾流槽之間間隔2?5mm以上。設有擾流槽蛇形流道的雙極板組裝成全釩液流電池，電池表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學性能，具有制備性能優(yōu)異、工藝簡單、工藝重復性好、成本低和環(huán)境友好等優(yōu)點。

A bipolar plate with serpentine channel and its application in all vanadium redox flow battery

The invention relates to a bipolar plate of a serpentine channel, the two side surface in bipolar plate is provided with a serpentine flow of fluid flow; along the fluid flow direction on the inside flow with more than 1 of the disturbance interval between grooves along the direction of the fluid flow within the same channel interference adjacent grooves 2 above 5mm. The bipolar plate is provided with a groove assembly into the serpentine flow disturbance of vanadium redox flow battery, the battery showed excellent electrochemical performance, with excellent performance, simple preparation process, process repeatability, low cost and environment friendly etc..

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種蛇形流道的雙極板及其在全釩液流電池中的應用
本專利技術涉及一種蛇形流道的雙極板設計及其應用，特別是其在全釩液流電池上的應用
技術介紹
能源和環(huán)境是21世紀人類面臨的兩大問題。隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，人類對能源的需求日益增多。不過傳統(tǒng)的化石能源一方面儲量有限，不能滿足社會發(fā)展的需求，另一方面化石能源的過度消耗帶來了嚴重的環(huán)境問題。為了解決能源短缺和環(huán)境污染的雙重難題，可再生的清潔能源，如太陽能和風能的開發(fā)至關重要。但是，太陽能發(fā)電和風能發(fā)電具有不連續(xù)不穩(wěn)定的特點，受自然環(huán)境影響較大。由于大規(guī)模儲能技術能夠解決這一問題，所以其受到廣泛研究。其中全釩液流電池技術以其獨特的優(yōu)勢引領了電池行業(yè)的發(fā)展，并被廣泛應用。全釩液流電池作為液流電池中的一種，具有諸多優(yōu)點，對于全釩液流體系，電池兩側發(fā)生的反應有：正極：VO2++2H++e-＝VO2++H2O負極：V3++e-＝V2+。全釩液流體系對電解液的流動有以下幾點要求：1.電解液流通無死角，使電解液中的反應物質充分接觸到電極材料，使電極表面上的反應活性點位得到充分利用，降低電池的電化學極化；2.較快的流速，降低了層流層的厚度，使電極表面的擴散層厚度降低，更快速的為電極表面補充反應物質，降低濃差極化；3.較短的離子傳導距離，有利于降低電池的歐姆內阻；便于電解液的擴散傳輸，同時也能降低電池的濃差極化。4.阻力小，能力損失少；5.設計簡單，制備成本低廉。全釩液流電池體系中，電解液的流通主要分為二種方式：1.穿流式，電解液穿過電極表面流動，即電解液完全流經(jīng)多孔電極材料，電極材料本身即為流道。2.平流式，電解液沿電極表面平行流動，即電解液沿著流道流動，一部分電解液流過電極材料。其中穿流式由于電極材料的孔徑小，孔結構無序，使得流經(jīng)阻力大，能量損失多，并且流速低，流動死區(qū)多等缺點。平流式由于有了流道的存在，可以使得電解液的流速大大提高，然而其沿著電極表面平行流動，使得電解液中，只有一部分電解液穿過電極表面。所以設計一種流道，使得電解液更多的流經(jīng)電極表面成為了流道設計研發(fā)的重點。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的在于設計一種蛇形流道的雙極板和其在全釩液流電池電極中的應用。為實現(xiàn)上述目的，本專利技術采用的的流道設計方案如下：一種蛇形流道的雙極板，于雙極板的二側表面設有用于流體流動的蛇形流道；沿流體流動方向于流道內設有1個以上的擾流槽，同一流道內沿流體流動方向的內相鄰擾流槽之間間隔2-5mm以上；擾流槽為下述情形中的一種或二種：第一種：于蛇形流道底部向下設置一個0.1-1mm深、2-5mm長，與流道寬度相同的的凹槽；第二種：于蛇形流道或二側的側壁面上向垂直于流體流動方向設置一個0.1-1mm深、2-5mm長、高度與流道深度相同的的凹槽。蛇形流道的流道寬度為4-6mm，流道深度為0.5-2mm。所述的雙極板在全釩液流電池中的應用。本專利技術的有益效果：1.本專利技術設計的蛇形流道雙極板，構造簡單，加工方便，價格低廉，易于大規(guī)模生產。2.本專利技術設計的蛇形流道雙極板，由于有小坑或者小缺口的存在，加強了電解的流動過程中的擾動作用，使得層流層的厚度降低，大大的提高了電解液的傳遞速度，降低了濃差極化，提高了電池性能。3.本專利技術設計的蛇形流道雙極板，由于有小坑的存在，使得電解液的流動方向發(fā)生了一定改變，增加了平流式流動中，電解液垂直于電極表面方向的流動，使得更多的電解液流經(jīng)電極表面，增加了電極表面的電解液利用率，降低了濃差極化和電化學極化，提高了電池性能。4.本專利技術設計的蛇形流道雙極板，由于有小坑或小缺口的存在，相當于擴寬了流道的寬度或深度，進一步降低了流動阻力，減少了能量損失。附圖說明圖1是實施例1中蛇形流道雙極板的CAD圖。具體實施方式下面結合實施例對本專利技術作進一步描述，但本專利技術的實施不僅限于此。以下實施例中全釩液流電池的組裝方法如下：室溫下，將全釩液流電池在手套箱中進行組裝。集流板為石墨板，在石墨板上雕刻有新型蛇形流道，為電解液的流動提供通道。采用Nafion115型陽離子交換膜為電池隔膜，膜在的有效面積為9cm-2。電解液中釩離子濃度為1.50molL-1，H2SO4濃度為3molL-1。以下實施例中全釩液流電池電化學測試方法如下：室溫下，將組裝好的全釩液流電池在在40mAcm-2的電流密度進行充放電測試。充放電方式為恒流充放電，充放電區(qū)間為1.65-1.0V。充放電測試系統(tǒng)為ARBIN。實施例1雙極板為5mm厚的石墨板，在其上雕刻新型棋盤流道，先雕刻蛇形流道，流道的寬度為3mm，深度為1mm，再每隔3mm，挖一個長寬皆為3mm，深度為0.5mm的擾流槽。實施例2雙極板為10mm厚的石墨板，在其上雕刻新型棋盤流道，先雕刻蛇形流道，流道的寬度為5mm，深度為1mm，再每隔3mm，挖一個長寬皆為5mm，深度為0.5mm的擾流槽。實施例3雙極板為3mm厚的石墨板，在其上雕刻新型棋盤流道，先雕刻蛇形流道，流道的寬度為3mm深度為1mm，再每隔3mm，挖一個長2mm，深度為1mm的擾流槽。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種蛇形流道的雙極板，于雙極板的二側表面設有用于流體流動的蛇形流道；其特征在于：沿流體流動方向于流道內設有1個以上的擾流槽，同一流道內沿流體流動方向的內相鄰擾流槽之間間隔2?5mm以上；擾流槽為下述情形中的一種或二種：第一種：于蛇形流道底部向下設置一個0.1?1mm深、2?5mm長，與流道寬度相同的的凹槽；第二種：于蛇形流道或二側的側壁面上向垂直于流體流動方向設置一個0.1?1mm深、2?5mm長、高度與流道深度相同的的凹槽。

【技術特征摘要】
1.一種蛇形流道的雙極板，于雙極板的二側表面設有用于流體流動的蛇形流道；其特征在于：沿流體流動方向于流道內設有1個以上的擾流槽，同一流道內沿流體流動方向的內相鄰擾流槽之間間隔2-5mm以上；擾流槽為下述情形中的一種或二種：第一種：于蛇形流道底部向下設置一個0.1-1mm深、2-5mm長，與流道寬...

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