[发明专利]用于液流电池的电堆框架

说明书

本发明涉及一种用于液流电池的电堆框架，其特征在于，所述电堆框架由聚合物材料制成，具有中空结构，并且其外形在横向和/或纵向上具有对称结构，所述电堆框架具有正面和背面，所述正面的表面具有：电解液的进液口和出液口；电解液导流槽；密封垫片槽；所述电解液导流槽与密封垫片槽不产生相互的联通，并且电解液导流槽至少部分的露出于所述电堆框架正面的表面，所述电解液导流槽允许电解液流入或流出液流电池双极板两侧或隔膜两侧的石墨毡。

技术领域

本发明属于液流电池领域，具体而言属于液流电池构件的制备领域。

背景技术

电力一直以来被认为是瞬发瞬供的即时能源。几十年来，电网形成了以化石燃料发电(俗称火电)为基础(占全网发电量六成)的供电体系，主要通过控制煤，石油，天然气等物质的燃烧，调整热能对机械能的驱动，改变发电机的输出效率，以便即时响应电网负荷的需求。

90年代以来，水库式水力发电的兴建，有效降低了电网对化石燃料发电的依赖。通过水库水位的控制，水力发电也能像火力发电机组一样即时响应变化的电网负荷。同时，在电网负荷低峰期，可以通过将水从低位水源抽至高位水库，将电网余电以重力势能方式储存起来，留作高峰用途。

本世纪初开始，太阳能发电和风能发电为主的新一代可再生能源系统，被广泛接纳为更科学的能源提供方案。与传统火电为主，水电为辅的发电电网相比，新清洁能源代表了能源的未来。但是，其最大劣势，便是能量来源的间歇性。一个新清洁能源为主导的发电电网，势必出现发电峰谷跟电网负荷的严重不匹配，造成发电峰值期间电能的大量浪费，和发电低谷期间大规模的电能匮乏。

真正实现全电网的清洁能源化，需要完成整个电网的储能化。在发电端，配备高效的储能单元，实现电能的就地快速存取，可以在电网低负荷状态收纳废电，在高负荷状态释放存电变废为宝。在输配电方面，建立储能站，参与电网调峰，提高配电效率，缓解输电拥堵，推迟输配电升级。在用户端，不仅利用储能电站做为备用电源，同时低电价时间从电网充电，高电价时间从储能系统放电，达到分时电费管理、增加光伏自用量、按需供电节约电费等多种要求。同时在供电方和用电方进行发电和负荷的双重削峰填谷，大大改善电网的利用效率。

液流电池技术有大规模储能的天然优势：储电量的大小与电解液体积成线性正比，充放电功率由电堆尺寸及数量决定，所以能按照需求，设计出从kW到MW级别不同的充放电功率，可持续放电1小时到数天的不同储能体量的液流电池。基于常用无机酸，无机盐的电解液化学成分稳定，储存方便，对环境影响小，自放电系数极低，适合长期的电能储存，安全性能极高，。由于其稳定可靠的充放电循环，理论充放电次数没有上限。

目前世界范围里液流电池企业，其产品绝大部分还处在用于电网级储能的示范性项目，远没有达到商业化产品对可靠性和稳定性的要求，其主要技术瓶颈在于电池的关键组件---电堆。由于电堆设计缺陷，电堆材料机械性能的局限性，以及同时需要兼顾电池转换效率和电解液内部循环稳定性的局限，电堆寿命仅能达到1000-3000次，大大增加了度电储能成本。如何制造出稳定高效能长时间充放电的电堆，是摆在各液流电池企业面前的难题。

普通的电堆生产是将电堆内部主要部件，即石墨双极板，石墨毡和隔膜依次叠加在一起，将单电池以串联方式组成电堆。密封组装后，引入正负电解液，进行充放电循环。将内部部件组装叠加时，需要引入辅助框架结构，该辅助结构主要作用是提供电解液在电堆内部循环的液流槽，保证液流顺畅无阻塞；保证各部件组装时不发生位移，各部分对应位置确保对齐；同时对各单体电池起到密封作用，确保电解液不渗漏；保持电堆内部一定的内压，使得个组件之间的接触电阻最小，从而提高电堆的能量转换效率。现有的主流电堆技术，液流槽的设计主要是通过密封垫圈来实现。

通过密封垫圈来实现密封及液流导槽是一种很“自然而然”的方案，具有设计简单，成本低廉等优点，成为液流电池电堆的主流设计方案。然而，密封垫圈的材质一般为硅橡胶密、氟橡胶、丁基橡胶密、三元乙丙橡胶等，其具有一定的自膨胀性，同时在长期的与液流电池电解液的接触中，容易发生老化、腐蚀，因此，影响液流电池的使用寿命。