[发明专利]集流板及含有其的液流电池和液流电池堆

说明书

技术领域

本发明涉及全钒氧化还原液流储能电池领域，尤其涉及一种集流板及含有其的液流电池和液流电池堆。

背景技术

全钒氧化还原液流电池是氧化还原液流电池的一种，具有使用寿命长，能量转化效率高，安全性好，环境友好等优点，能用于风能发电和光伏发电配套的大规模储能系统，是电网削峰填谷、平衡负载的主要选择之一。

全钒氧化还原液流电池分别以不同价态的钒离子V²⁺/V³⁺和V⁴⁺/V⁵⁺作为电池的正负两极氧化还原电对，将正负极电解液分别存储于两个储液罐中，由耐酸液体泵驱动活性电解液至反应场所(电池堆)再回至储液罐中形成循环液流回路，以实现充放电过程。在整个全钒氧化还原液流电池储能系统中，电池堆性能的好坏决定着整个系统的充放电性能，尤其是充放电功率及效率。电池堆是由多片单电池依次叠放压紧，串联而成。其中，单片电池的组成如图1所示。1为液流框，2为集流板，3为电极，4为隔膜，图1中各组件组成单体电池5，通过N个单体电池5的堆叠组成电池堆6。

目前，用于全钒氧化还原液流电池的集流板主要有金属集流板、导电塑料集流板及高密度石墨板等，其与石墨毡电极集成一体化的过程中，一种较为常见的方法是采用集流板平板与电极直接热压结合的方式。这种平板集流板用于全钒氧化还原液流电池时，会出现以下主要问题：电解液在经过电极的过程中，只能靠石墨毡的自身渗透能力，液流阻力大从而增加液体泵的消耗；由于平板集流板对于液流没有导向作用，电解液在流通过程中存在内部流动不均匀，甚至液流没有流过的死角位置，从而导致严重极化现象以及各单电池间电压的不均匀性，降低电极和隔膜的使用寿命及效率。

为了解决上述问题，现有技术中通常采用在集流板上进行了流道设计，采用流道对电解液实现导流作用，提高了电解液通过电池组的速率。但是现有技术的流道设计使得电解液在多孔电极中的对流深度短，造成电极内部出现浓差极化。另外，大部分电解液未能进入电极中进行反应即流出电池，电解液利用率仅占输送总量的很小一部分，影响了钒电池系统的效率。

发明内容

本发明旨在提供一种集流板及含有其的液流电池和液流电池堆，用于解决现有技术电解液在多孔电极中的对流深度短，造成电极内部出现浓差极化以及电解液利用率低的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种集流板，其上设置有电解液流道，电解液流道的横截面积沿电解液流动方向变化。

进一步地，上述横截面积沿电解液流动方向呈连续性变化或阶梯状变化中的一种，和/或呈周期性变化或单调性变化中的一种。

进一步地，上述电解液流道为波浪形流道。

进一步地，上述集流板上具有沿电解液流动方向并排延伸的多个上述波浪形流道，其中相邻的两条波浪形流道的波峰与波谷交错排布。

进一步地，上述电解液流道为蛇形流道，蛇形流道的截面宽度沿电解液流动方向逐渐减小。

进一步地，上述集流板上具有沿电解液流动方向并排延伸的多个流道区域，每个流道区域中包括一个蛇形流道，蛇形流道包括多个沿电解液流动方向延伸的多个平行段和连接相邻平行段的连接段，且各平行段的横截面积沿电解液流动方向呈阶梯状变化。

进一步地，上述电解液流道为蛇形流道，蛇形流道的深度沿电解液流动方向呈连续性或阶梯性减小。

进一步地，上述蛇形流道为一条，蛇形流道的横截面积沿电解液流动方向呈阶梯性的单调减小。

进一步地，上述电解液流道由间隔排布的凸块间未突出的部分形成，位于同一排中的凸块等间距排布，位于相邻排中的凸块之间交错排布。

根据本发明的另一方面还提供了一种液流电池，包括电极和本发明的集流板，电极位于集流板设置有电解液流道的一侧。

根据本发明的又一方面还提供了一种液流电池堆，包括一个或多个本发明的液流电池。

本发明所提供的集流板，其上的电解液流道在电解液经过时形成具有不同压强的电解液流场，与电解液流场对应的多孔电极内部不同位置处也具有不同的压强，有效改善了多孔电极内部电解液的传输状况，增加电极反应的均匀性，减小液体泵能量消耗，有效提高全钒氧化还原液流电池系统的效率，延长电池的使用寿命，而且，制作工艺简单，容易实现。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明