[实用新型]一种全钒离子氧化还原液流的新型电池结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及液流储能电池领域，尤其涉及一种全钒离子氧化还原液流的新型电池结构。

背景技术

目前大规模储能的化学电源主要以铅酸电池为主，转换效率一般在55％左右，并且铅酸电池存在重量大、比能量低、不能深度充放电、使用寿命短、污染环境等技术缺点，因此其很难真正实现大规模的储能。

钒氧化还原液流电池是一种绿色环保电池，钒氧化还原液流电池作为储能电源主要应用在电厂或电站等大规模场所，大规模光电转换、风能发电的储能电源以及作为边缘地区储能系统，以及不间断电源或应急电源系统，但是在国内钒氧化还原液流电池绝大部仍处于实验室试验阶段。

目前，国内外尚未有超过2.5KW的单个电池堆，单个电堆电压一般为12V或24V，这种状况制约钒电池实现高功率、高电压的发展方向。目前主要存在的问题是：

1、液流框没有开设液流道或在前后端板上开设直线型液流道，这种结构容易导致电解液形成的漏电支路电流大、双极性电极腐蚀速度快、单体间电压分布不均匀，减低了电能转换效率，降低了电池使用寿命；

2、现在使用的碳材料电极一般选用国外产品，其价格昂贵，增加了产品成本，而国产碳材料电极价格相对便宜，但碳材料电极的表面与电解液的吸附性差，使得电解液反应不充分，并且电极活性与厚度均匀性等性能参差不齐，影响了单体电池性能的均匀性；

3、离子交换膜作为电池核心部件之一，采用国外杜邦公司的质子交换膜性能稳定，寿命长，但价格昂贵，增加了电池结构的制造成本，并且其电流转化效率不高，目前尚无较好的技术方案来解决这一技术难题，制约了钒电池的发展；

4、循环运行状态下，因为电解液形成的漏电支路电流造成双极性电极腐蚀速度过快，大大缩短了电池的寿命，增加了用户的使用成本。通过上述描述可知，现有技术有待于更进一步的发展。

实用新型内容

本实用新型为解决上述现有技术中的缺陷提供一种全钒离子氧化还原液流的新型电池结构，改变现有技术中单体电池的构造，以提高电能转换效率，延长电池使用寿命，降低制造成本。

为解决上述技术问题，本实用新型方案包括：

一种全钒离子氧化还原液流的新型电池结构，其包括至少两个单体电池，其中，该单体电池包括两个液流框，液流框上分别设置有液流道，两个液流框之间设置有离子交换膜，液流框夹紧该离子交换膜，分别形成密闭的第一储液室与第二储液室，第一储液室与第二储液室内分别充满钒离子电解液，第一储液室与第二储液室内分别设置有碳材料电极；第一储液罐、第二储液罐分别与液流框相连通，第一储液室通过液流道与第一储液罐相连通，第二储液室通过另一液流道与第二储液罐相连通；单体电池之间通过双极性电极串联在一起。

所述的电池结构，其中，上述液流框上设置有带弯折且多次迂回的液流道，该液流道的剖面接近于Z形或多个Z形连接在一起的形状；单体电池中的两个液流框呈中心对称。

所述的电池结构，其中，上述液流框的两侧板框上分别设置有至少一个进液口与一个出液口，与进液口同侧的板框上设置有出液孔，进液口通过液流道与出液孔相连通；与出液口同侧的板框上设置有进液孔，出液口通过液流道与进液口相连通；进液口与出液口分别与第一储液罐或第二储液罐相连通。

所述的电池结构，其中，上述迂回液流道的走向沿板框方向设置。

所述的电池结构，其中，上述离子交换膜为全氟磺酸离子交换膜。

所述的电池结构，其中，该电池结构设置有四十个单体电池，各个单体电池通过双极性电极串联组合在一起，且各个单体电池采用嵌入层叠方式组装在一起；第一储液罐、第二储液罐与电堆之间分别设置有电解液泵。

所述的电池结构，其中，上述碳材料电极经过高温氧化或预酸处理，且碳材料电极的外表面均匀的设置有流道或流槽，液流框的上下两面设置有密封垫。

所述的电池结构，其中，该电池结构包括前端板与后端板，串联组合在一起的单体电池设置在前端板与后端板之间，前端板与后端板夹紧组合在一起的单体电池。

所述的电池结构，其中，双极性电极由石墨或复合材料制成，密封垫由硅氟橡胶制成，该电池结构由硅氟橡胶密封垫密封，并且双极性电极上覆盖有防腐蚀膜。

所述的电池结构，其中，单体电池与第一储液罐、第二储液罐之间分别设置公用主管道，该公用主管道分别与各个液流框相连通，钒离子电解液通过公用主管道分别进入各个单体电池中。