[发明专利]一种液流电池电堆的嵌入式电极框

说明书

技术领域

一种液流电池电堆的嵌入式电极框属于电化学储能技术领域，尤其是制造液流电池电堆的电极框的技术方法。

背景技术

利用风能、太阳能等可再生能源发电是人类未来从自然界获取能量的重要途径之一。由于风能、太阳能发电过程具有随机性、不连续特点，难于保持稳定的电能输出，需要和一定规模的电能储存装置相配合，构成完整的供电系统，保证持续稳定的电能供应。因此，开发电能转化效率高、储存容量大、经济性能好的储能系统成为发展可再生清洁能源的关键。在各种形式的储能装置中，液流电池系统具有大容量电能储存与高效转化功能，拥有使用寿命长、环保、安全的特点，用于风能、太阳能发电过程，明显提高电力输出质量，为可再生能源利用提供技术保证。用于电网系统储能，可以避免抽水蓄能电站建设周期长，选址地理条件苛刻的缺点，适合于中等规模厂矿企业、宾馆饭店、政府部门的不间断电源使用，能够有效改善电网供电质量，完成电网的“移峰填谷”作用。

全钒液流电池(Vanadium Redox Battery，VRB)是一种新型化学电源，通过不同价态的钒离子相互转化实现电能的储存与释放，使用同种元素组成电池系统，从原理上避免了正负半电池间不同种类活性物质相互渗透产生的交叉污染。如图1所示，正极电解液和负极电解液分别储存在不同的储槽中，使用循环泵完成充电/放电过程电解液在电池堆和储槽间的循环流动，从原理上避免电池储存过程自放电现象，适合于大规模储能过程应用。当风能、太阳能发电装置的功率超过额定输出功率时，通过对液流电池充电，将电能转化为化学能储存在不同价态的离子对中；当发电装置不能满足额定输出功率时，液流电池开始放电，把储存的化学能转化为电能，保证稳定电功率输出。由于液流电池对于风能、太阳能等可再生能源发电过程具有特殊重要意义，作为关键技术在国内外得到普遍关注。

全钒液流电池充电/放电运行过程，正极半电池和负极半电池的电极上分别发生以下氧化还原反应。

在上述正极半电池和负极半电池之间放置质子传导膜后，构成一个液流电池的单电池。对于全钒液流电池体系，由于单电池仅提供1.3伏左右的电压，实际使用的液流电池通常由数十个单电池彼此串联，组成电堆进行工作。在液流电池的电堆组装过程，需要保证正极电解液和负极电解液之间相互隔离，避免电解液发生混合产生自放电问题；与此同时，具有一定压强的电解液在电堆内部流动过程，需要保证良好的密封，防止电解液泄漏。为了解决现有液流电池的电堆内部两种电解液从密封部位泄漏和交叉自放电问题，避免电解液交叉污染，提高库仑效率。中国专利(CN101847724A)提出采用内外排布的两层O型密封圈分别压在离子交换膜和板框之间，形成迷宫式密封；在内外排布的两层O型密封圈以外区域，布置电解液通道并放置O型密封圈。虽然解决了电解液内漏问题，由于数十个板框叠合在一起组装电堆时难以对齐和定位，使得组装困难，存在泄露隐患。为了克服电堆运行过程电解液混合发生自放电，以及电解液泄漏问题，在电堆组装过程必须将不同单电池严格对齐，才能实现电堆中各个组件之间，以及电解液通道之间严格密封。为了实现不同单电池严格对齐的目的，中国专利(CN102148389A)通过在电池的端板上布置一系列的限制电极框错位的杆，穿过电池堆，防止电极框在运行过程出现参差不齐现象；同时在电极框特定位置做出标识，方便电堆组装和判断电极框出/入口位置(中国专利CN102148381A)。此外，中国专利(CN101651222A)提出接收框接收半电池单元的所有元件，液流电池的电堆由若干接收框叠合组成的技术方案，并给出液流电池接收框的具体结构(中国专利CN101651216B)。该类技术方法虽然在一定程度上克服电解液泄漏问题，为组装电堆奠定结构基础。然而，所述结构往往过于复杂，难于彻底解决电解液密封和电堆制造过程生产效率问题，给实际生产与装配造成障碍。