[发明专利]一种液流电池的电堆结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种液流电池的电堆结构。

背景技术

随着现代社会经济的迅猛发展，能源、资源、环境三者的矛盾日益突出，可再生能源（例如风能、太阳能、潮汐能等）发电将成为未来社会可持续发展的重要支柱，但可再生能源不稳定、不连续的特点决定了其在电力并网中需要中间过程的调节方能正常、有效、安全的工作，而电能的储存与释放正是该过程中最重要的技术环节。氧化还原液流电池，是利用具有不同价态元素的氧化-还原反应进行能量的储存和转化的电化学装置，能将不连续、不稳定的输入转化为连续、稳定、安全的输出，克服可再生能源的应用缺陷。其中，全钒液流储能电池，作为一类新型的电能储存装置，通过正负极同种元素不同价态之间的转化储存及转化电能，从原理上杜绝了两极电解液的相互污染，具有能量转换效率高，可达70%～80%；蓄电容量大，系统设计灵活；可靠性高，可深度放电90%以上，以及运行维护费用低和环境友好等优点，逐渐成为最有前途地大中型规模电力存储的首选之一。

液流电池通常采用压滤机的形式进行组装，即：由集流板、电极、电极框、隔膜、电极框、电极、集流板以及集流板与电极框、电极框与隔膜之间的密封结构组成单电池，并将多节单电池用集流板串联组成电堆，电堆的两侧配有端板，并有相应的螺纹孔，通过压缩螺杆上的弹簧将电堆压紧，以满足电极的压缩以及密封力的要求。在装配的过程中，需要工人或者机械逐层的将电池材料和密封材料装好，不仅费时费力，而且也容易因为部件错位而引起电解液的泄露；在端板装配完成后还需要按照电极的压缩力和密封力的要求，设计弹簧分布、选取弹簧刚度和个数，最后将弹簧压紧。如果能够简化装配程序，减少装配件的个数，提高装配一致性，并且降低弹簧刚度或者减少弹簧个数，那么电堆的装配效率和装配质量将有大幅提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可靠性强、一致性高、装配简单的液流电池的电堆结构。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种液流电池的电堆结构，由2个或2个以上的单电池依次电路串联而成，每个单电池包括顺序连接的第一集流板、一体化结构单元和第二集流板，其中一体化结构单元与集流板之间设有密封结构，

上述的一体化结构单元是由第一电极框、第一电极框与隔膜之间的密封结构、隔膜、第二电极框与隔膜之间的密封结构、第二电极框构成。其中第一电极框与第二电极框延长度和宽度方向上的框体外边缘处设置有能够相互咬合的环状卡扣结构；通过该卡扣结构，将第一电极框、第一电极框与隔膜之间的密封结构、隔膜、隔膜与第二电极框之间的密封结构、第二电极框扣合在一起。

上述的电堆结构，其中的卡扣结构是指第一电极框和第二电极框延长度和宽度方向上的框体外边缘设置有能相互配合的环状卡扣勾脚，该卡扣勾脚的结构包括：一环状支撑臂、一环状弹性臂和一带有咬合面的环状固定块，第一电极框和第二电极框延长度和宽度方向上的框体外边缘四周向外延伸形成一环状支撑臂，固定于环状支撑臂的另一端延垂直于电极框平面的方向延伸形成有一环状弹性臂，环状弹性臂另一端延平行于电极框平面的方向延伸形成有一环状固定块；第一电极框的固定块与第二电极框的固定块相对设置，便于咬合面相互咬合。

上述的卡口结构中，环状卡扣勾脚的轴线所在的平面与环状卡扣勾脚相切形成横截面。在横截面上，支撑臂的厚度小于电极框的厚度；第二电极框支撑臂的长度等于第一电极框支撑臂的长度、固定块咬合面的长度以及弹性臂的宽度总和；支撑臂与弹性臂成90度夹角，且弹性臂朝向第一电极框与第二电极框之间的隔膜方向；固定块的咬合面与弹性臂成90度夹角，第一电极框的固定块与第二电极框的固定块相对设置，便于咬合面相互咬合；装配时依次将第一电极框、第一电极框与隔膜之间的密封结构、隔膜、隔膜与第二电极框之间的密封结构、第二电极框扣合，扣合时弹性臂弯曲，扣合后弹性臂无弯曲，与支撑臂之间依然成90度夹角，咬合后的咬合面完全重合。

上述的电堆结构中，与电堆两侧端板相邻的是集流板。

上述的电堆结构中的一体化结构单元可以演化为由第一电极框、隔膜、第二电极框、第二集流板、n（n＞1，n为正整数）节电池单元及相邻电池单元之间的集流板、第三集流板、第三电极框、隔膜、第四电极框顺序连接而成。

上述的电池单元包括顺序连接的电极框、隔膜和电极框，以及电极框与隔膜之间的密封结构；

上述的电池单元与相邻电池单元之间的集流板之间设置有密封结构；