[发明专利]液流电池堆的锁紧装置

说明书

技术领域

本发明总体上涉及氧化还原液流电池储能装置。具体而言，本发明涉及一种用于液流电池堆的锁紧装置。

背景技术

为了保护生态环境，实现可持续的健康发展，全球都在大力发展“绿色能源”，这种“绿色能源”在消耗之后可以恢复补充，很少产生污染。“绿色能源”也称清洁能源，是指可再生能源，如水能、生物能、太阳能、风能、地热能和海洋能等。这种“绿色能源”现在以及将来都在能源供应中发挥举足轻重的作用。

尽管现存多种利用太阳能、风能的方法和途径，直接将其转换为电能进行利用，具有转化效率高，社会总体成本低，技术经济方面占有优势，成为切实可行的技术路线。然而，由于风能、太阳能随着时间变化其能量密度发生显著变化，如昼夜温差造成风力大小差异，不同时间段太阳光照强度变化明显，引起发电装置的功率输出存在大幅度波动，难于满足社会对持续、稳定、可控的电力能源需求。为此，开发适合于大规模电能储存的氧化还原液流电池系统，将不稳定的电能输入变为连续、安全可靠的电能输出，解决规模化利用风能、太阳能发电过程中的重大储能技术问题，将成为可持续发展战略的重要技术产业。新型的无污染可回收的全钒氧化还原液流电池就是这种储能技术的代表。

全钒液流电池是一种新型电能储存和高效转化装置，具有蓄电容量大、寿命长、成本低、效率高、无毒无害环境友好的特点，具有大规模开发应用的价值。可广泛应用于太阳能发电、风力发电大规模储能。全钒液流电池还可应用于现有电网系统的“消峰填谷”，改善电网安全性和可靠性，通讯系统的应急电源等领域。

全钒液流电池原理如图1a和1b所示，通过不同价态的钒离子相互转化实现电能的储存与释放，其中的电化学反应如下：

正极反应：

负极反应：

全钒液流电池的结构示意图如图2所示，其中每个单电池包括隔膜100、分设在隔膜100两侧的一对电解液液流框200、以及分别位于电解液液流框200外侧的一对双极板300。液流电池内部由隔膜100分隔成正极电解液区域400和负极电解液区域500。在上述每一区域内设置有与相应区域电解液极性相同且正反两面同极性的所述双极板300。

全钒液流电池的每个单电池只能提供1.26V左右的电压，实际使用过程中需要将多个单电池串联成电池组，单电池间使用集流板连接，才能输出额定功率的电流和电压。为了研制开发大规模液流电池储能系统，液流电池的电池堆成为重要环节，需要确保运行过程中电解液的密封，同时保证电解液在单电池中的顺畅流动。这样有必要研制开发一种有效的电池堆锁紧装置，以实现液流电池堆的可靠密封和锁紧。

目前存在的大部分液流电池堆锁紧装置采用板框压滤堆叠原理将液流电池堆的各部件通过两端压力进行锁紧。例如如图3示意性示出的那样，一对端板20分别设置在液流电池堆10的两侧，端板20的高度大于液流电池堆10的高度，即端板20的上下边缘分别延伸超出液流电池堆10。在端板20的上下边缘分别设置有多个螺纹孔，螺栓40穿过螺纹孔从而连接液流电池堆10两侧的端板20，螺母50旋拧在螺栓40的端部从而将夹持在端板20之间的液流电池堆10锁紧固定。图4示出另外的一种类似锁紧装置，其中为了减小端板的尺寸和重量以便节约材料，端板20本身的尺寸基本上与液流电池堆(未示出)的尺寸一致，在端板20的周边设置有多个凸缘30，每个凸缘30上设置有螺纹孔，螺栓(未示出)穿过螺纹孔从而连接液流电池堆两侧的端板20，螺母(未示出)旋拧在螺栓的端部从而将夹持在端板20之间的液流电池堆锁紧固定。

然而，在上述液流电池堆锁紧装置中，通过螺栓拉紧液流电池堆两侧的端板以将液流电池堆整体压紧，压紧力从螺栓传递到端板，其以平面分布的方式平均分配到整个液流电池堆平面。这样存在的问题是，液流电池堆内各个单电池的电解液液流框由于受力而产生翘曲变形，这导致最需要密封压紧的电解液液流框实际的密封效果不佳，容易产生电解液渗漏问题。同时，这还带来电池堆所受压紧力不均匀的问题，容易导致电解液流动不畅和流动不均匀。此外，这种通过两端压力来锁紧液流电池堆的技术还存在一个固有问题，即在装配过程和使用过程中容易造成液流电池堆内各部件的相对滑动，而液流电池堆内各部件的这种相对滑动轻则造成电解液流动不畅，重则产生电解液漏液。