[发明专利]带导流结构的液流电池边框和电堆及电堆的加工工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种带导流结构的液流电池边框和电堆及电堆的加工工艺，属于锌溴液流电池领域。

背景技术

随着全球环境的不断恶化和人们对环境问题的重视，开发新型的环境友好的清洁能源迫在眉睫，氧化还原液流电池(Redox flow battery)是近年来兴起的一种储能系统，它兼有普通电池和燃料电池的性能，有工作寿命和储存寿命长，快速充放电、放电深度性能好等优点，同时密闭的循环体系避开了与外界接触，避免了对环境的污染，电极材料不必使用贵重的金属催化剂等。因此，实现规模化高效储能，加快经济发展，开发研制氧化还原液流电池意义重大。

锌溴液流电池可以解决上述电池的缺点，但是锌溴液流电池也存在着一些技术问题，如溴和溴盐的水溶液对电池材料具有较强的腐蚀性，在锌沉积过程中在电极上容易形成枝晶，且枝晶生长会穿透隔膜造成电池内部短路而失效。在传统技术中，为降低腐蚀，通常使用导电塑料作为电极的主要材料，由于导电塑料电阻率较高，因此采取降低电极厚度及电极距离的方法来降低电池内阻。但往往由于极板材料钢性不足，导致电极结构坍塌，堵塞电解液无法通过而使电池性能大幅下降。同时伴随电解液的不均匀分配而在负极表面锌枝晶迅速生长，堵塞电解液，甚至穿透隔膜造成电池内部短路而完全失效。

明电舍株式会社在特开平10-64505中公开了一种锌溴液流电池隔膜结构，通过在电池隔膜上增加支撑节点，起到加固电极内结构的效果。其公开的典型隔膜厚度为0.4mm～1mm，加之隔膜在电解液中自身存在溶胀，因此虽然该设计可以起到稳定结构的作用，很难保证长时间工作中的结构稳定。而且，在较大活性面积的液流电池中无法起到导流的作用。

传统锌溴液流电池为了防止电池发生形变，在双极板和边框之间增加隔网，但是由于在使用过程中隔网会随着电解液的流动而发生位移，使得电池内部结构变化，而且几乎无导流作用；另外安装隔网会使电堆在组装过程中的故障率提高，在安装隔网时隔网容易错位，且不易检查，很有可能会造成电堆密封故障或性能下降。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种带导流结构的液流电池边框和电堆及电堆的加工工艺，它能够解决电池内结构变形的问题、同时起到电解液导流作用，使得电解液分配均匀，降低电极表面锌枝晶的生成概率，从而提高电池的性能和寿命。另外还具有安装简单，故障率低的优点。

本发明的技术方案：一种带导流结构的液流电池边框，包括框体、边框入口、边框出口、入口分流槽和出口分流槽，边框入口和入口分流槽设于框体的上部，边框出口和出口分流槽设于框体的下部，框体的中部设有活性区域，活性区域分别通过入口分流槽和出口分流槽与边框入口和边框出口连接；活性区域内设有导流场；框体的四周设有密封线。

前述的这种带导流结构的液流电池边框中，导流场由脊和流道组成，导流场的结构形式分为并联流场、串联流场和阻断型流场。

前述的这种带导流结构的液流电池边框中，所述流道的形状为“Z”形、“C”形或“U”形。

前述的这种带导流结构的液流电池边框中，框体的厚度为0.5mm～5mm。

前述的这种带导流结构的液流电池边框中，密封线的高度为0.01mm～0.5mm。

一种采用前述边框的液流电池电堆，包括依次排列的压板、一体化电极组件、不少于一个的一体化膜组件、一体化电极组件、压板，它们通过螺栓固定在一起；一体化电极组件由带导流结构的边框与双极板固定连接组成，一体化膜组件由带导流结构的边框与隔膜固定连接组成。

前述的这种液流电池电堆中，带导流结构的边框与双极板通过激光焊接、热熔焊接、粘接或机械压接固定连接在一起；带导流结构的边框与隔膜通过激光焊接、热熔焊接、粘接或机械压接固定连接在一起。

一种液流电池电堆的加工工艺，包括以下步骤，

步骤a，使用高分子塑料通过注塑、雕刻、冲压或机加工的方式制作带导流结构的液流电池边框；

步骤b，带导流结构的液流电池边框制作好后放入温盐溶液或碱溶液浸泡2小时～48小时；

步骤c，将浸泡后的带导流结构的液流电池边框用去离子水清洗表面残余溶液，然后自然风干；

步骤d，将风干后的带导流结构的液流电池边框与极板用导电塑料固定连接在一起，组成一体化电极组件；

步骤e，后将隔膜与带导流结构的液流电池边框固定连接在一起，组成一体化膜组件；

步骤f，按照压板，一体化电极组件，一个以上的一体化膜组件，一体化电极组件，压板的顺序安装，然后用螺栓紧固，压接正压力1～10t。