[实用新型]一种含变深流道的液流电池用双极板

说明书

技术领域

本实用新型涉及液流电池领域，特别是一种含变深流道的液流电池用双极 板结构。

背景技术

液流电池，是采用不同价态的钒离子溶液作为正负极电解液，由外部泵驱 动电解液在储液罐和电堆之间循环流动，电解液在电堆中发生氧化还原反应实 现充放电过程的电池。液流电池由电堆、电解液和泵等管路系统组成，电堆包 括离子传导隔膜、液流框、电极、双极板和集流板等。电堆单体电池以离子传 导隔膜为中心，两端依次为：电极和液流框、双极板结构。离子传导隔膜与液 流框之间、液流框和双极板之间有密封元件。数级或数10级单体电池被夹持在 两个不锈钢端板之间，经压滤机压紧作用组成一个电堆。电解液在储液罐和电 堆之间循环流动，其中必然要经过液流框，液流框及其放置在其中的电极构成 电解液的流动通道，其结构特点直接影响电解液的流动分布，进而影响液流电 池的稳定性和电池性能。

目前，通用的液流框上设置有等深度电极置放槽，电解液沿进出液口方向 流动速度基本一致，但随着反应的进行，沿进出液口方向反应物浓度逐渐降低， 通常使得沿进出液口方向浓差极化逐渐增加，尤其是在充放电末期或者高电流 密度下影响显著，导致电池电阻较大，电压效率和电解液利用率降低，功率密 度提升受限。

实用新型内容

本实用新型的目的是，针对现有技术存在的问题，为克服现有技术中的缺 陷，提出并研究一种含有变深流道的液流电池用双极板，其通过对双极板结构 进行科学合理的设计，与通用的液流框组合，可以实现电解液沿进出液口方向 速度逐渐增加，以速度梯度平衡浓度梯度引起的浓差极化对电池性能的影响， 降低电池浓差极化电阻，提高电池的电压效率、电解液利用率和功率密度。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案：

一种含变深流道的液流电池用双极板，对于应用于电堆中间的双极板，双 极板的二侧表面分别设有对称分布的流道，一侧为带有正极电解液进液口和正 极电解液出液口的正极电解液流道，另一侧为带有负极电解液进液口和负极电 解液出液口的负极电解液流道；其中，正极电解液流道为深度均匀变化的流道， 流道深度自正极电解液进液口至正极电解液出液口方向均匀降低，即靠近正极 电解液进液口侧流道深度较大，靠近正极电解液出液口侧流道深度较小；负极 电解液流道为深度均匀变化的流道，流道深度自负极电解液进液口至负极电解 液出液口方向均匀降低，即靠近负极电解液进液口侧流道深度较大，靠近负极 电解液出液口侧流道深度较小；双极板二侧的正极电解液进液口与负极电解液 出液口成面对称分布；双极板二侧的正极电解液出液口与负极电解液进液口成 面对称分布；对于应用于电堆的第一个双极板，双极板的一侧表面设有流道， 其为带有正极电解液进液口和正极电解液出液口的正极电解液流道；正极电解 液流道为深度均匀变化的流道，流道深度自正极电解液进液口至正极电解液出 液口方向均匀降低，即靠近正极电解液进液口侧流道深度较大，靠近正极电解 液出液口侧流道深度较小；对于应用于电堆的最后一个双极板，双极板的一侧 表面设有流道，其为带有负极电解液进液口和负极电解液出液口的负极电解液 流道；负极电解液流道为深度均匀变化的流道，流道深度自负极电解液进液口 至负极电解液出液口方向均匀降低，即靠近负极电解液进液口侧流道深度较大， 靠近负极电解液出液口侧流道深度较小。

这种含变深流道的液流电池用双极板结构上，靠近正极电解液出液口处的 流道深度为0.1-2mm，靠近正极电解液进液口侧流道深度0.5-5mm；靠近负极电 解液出液口处的流道深度为0.1-2mm，靠近负极电解液进液口侧流道深度 0.5-5mm。这种含变深流道的双极板结构上的变深流道与液流框组合，形成液流 电池中电解液的流动通道。

附图说明

图1：液流电池电堆中间的双极板；

图2：液流电池电堆第一个双极板；

图3：液流电池电堆的最后一个双极板；

图中：1-正极进液口，2-负极出液口，3-正极电解液流道，4-正极出液口，5- 负极进液口，6-负极电解液流道，7-双极板

具体实施方式

含变深流道的液流电池用双极板7的厚度为10mm,长度为80mm,宽度为60mm， 靠近正极电解液进液口1或负极电解液进液口5侧流道3或6深度为4mm，靠近 正极电解液出液口4或负极电解液出液口2侧流道3或6深度为2mm。

采用这种含变深流道的液流电池用双极板组装的全钒液流电池电堆在80mA cm^-2条件下测试的电堆能量效率为83.25％，比采用常规无变深流道的双极板结构 装配的电堆效率增加了约3％。