[实用新型]一种单液流电池电解液的导流装置

说明书

技术领域

本实用新型属于电化学工程与工业装置领域，涉及单液流电池，特别涉及一种单液流电池电解液的导流装置。

背景技术

当今社会一次能源短缺的局面将逐步显现，加快发展风能、太阳能、生物质能等可再生能源已刻不容缓。为实现稳定供电，开发高效的规模储能技术意义非常重大。大规模电池储能单元是可再生能源利用、智能电网建设的调节和稳定器件，具有极重要的作用，也是必须有效解决的关键技术之一。液流电池是世界上规模最大的储能电池，由于设计灵活、全寿命成本最低、能适合各种储能场合，因此竞争力很强，应用前景非常广阔，是可再生能源利用的必备技术之一。

液流电池的正、负极活性物质主要存在于电解液中，正、负极的电解液储存在电池外各自独立的储液罐内，通过送液泵流过液流电池，电池内的正、负极电解液由离子交换膜隔开。在电池充、放电过程中，电解液中的活性物质离子在惰性电极表面发生价态的变化。此等期间，膜两侧溶液的电荷为了达到平衡，必定有一种离子(如H⁺)同步地由一极溶液通过离子交换膜向另一极溶液迁移。另外一种液流电池体系是沉积型液流电池，电池的一个或两个电极的活性材料以电化学沉积/溶解过程储能。文献(J.Power Sources 27(1989)219)表明，上世纪80年代研究者提出了采用铜、锌、铁等沉积型电对的液流电池体系，但沉积型电极的表面形貌不易控制，容易产生沉积层积累。2004年英国南开普敦大学Pletcher课题组(Phys.Chem.Chem.Phys.2004(6)1773)基于传统铅酸二次电池的概念提出一种新的全沉积型液流储能电池体系，以溶于甲基磺酸水溶液中的铅离子分别在正负极上沉积PbO₂和Pb储能。但该电池仍没有解决沉积层不均匀、积累、形貌不佳等问题。我们课题提出了锌镍单液流电池(ZL200610109424.7)，也存在锌沉积不均匀、边沿非正常沉积与生长等问题。

单液流电池用于太阳光伏发电、风力等不稳定性发电的蓄电，由于设计灵活，适合各种储能场合，全寿命成本低，因此竞争力很强，应用前景非常广阔。从安全、储能效率、性价比等方面比较来看单液流电池是最适宜规模化储能电池体系。单液流电池结构简单，电解液单一，只有一个电解液回路，不必使用价格高昂的离子交换膜，避免了离子交叉污染的问题，因此维护成本较低。

电镀工业中不少工件需要局部电镀，要求只镀在需要镀覆的部位而其它位置不能有镀层。一般采用涂覆绝缘材料，如聚乙烯清漆等等。但是涂漆容易起泡，而且电镀后必须刮除。而采用塑料薄膜捆扎的局部绝缘方式，因塑料薄膜的弹性和热胀冷缩容易出现待绝缘区浸入溶液而发生电沉积。

液流电池的结构，尤其是导流装置，是影响液流电池性能的一个关键因素。导流装置决定了电解液在电极内的分布，直接影响到电解液的传质速率、电流密度分布和过电位分布等关键问题。电流密度分布不均匀和局部过电位高不仅会降低液流电池性能，而且容易造成关键材料的腐蚀，缩短液流电池的使用寿命。

对于常见液流电池常采用的电池导流装置包括内部具有空腔的壳体、位于壳体内用于将电解液导入单格电池中的反应区流道、与所述反应区流道相连通的入口流道、以及导流泵，其中入口流道为平行流道、蛇形流道、或网格流道。当入口流道为蛇形流道时，虽然位于蛇形流道内的电解液流速均匀，但是对于面积大的电极板，蛇形流道的流道过长，引起压降过大，并且进出口浓度差大，反应速度相差较大，造成电流分布严重不均匀；当入口流道为平行流道或网格流道时，由于平行流道和网格流道的突出优点是流动阻力小，可以降低流道阻力损失，提高电堆的整体效率。但是这种流道中电解液的流动和反应情况的细微差别会对电池的整体性能造成扰动，容易使电池性能不稳定。

在单液流电池电堆内部，由于存在材料加工误差和组装误差，电解液在各个流道内存在较大的流动阻力，距离入口流道近的反应区流道的压力和速度要比距离入口流道远的反应区流道的压力和速度要大，这样会造成电解液在单电池之间分布不均匀，单电池之间电压差增大，极板电流密度分布不均匀。

基于以上的考虑，我们提出了一种单液流电池电解液的导流装置，该导流装置可规范溶液流动方向和均匀性，达到均匀化电极反应电流的目标，结构简单，可用于电镀行业和沉积型液流电池体系中。

发明内容

本实用新型为解决现有技术中上述缺陷，提供一种改进的单液流电池电解液的导流装置，其使得电解液能够均匀分配到反应区流道，从而提高电池效率，延长电池使用寿命。

本实用新型的目的是通过下述方式实现的：