专利名称：氧化还原液流电池的电堆结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及电堆结构，具体涉及一种通过化学反应进行电能储存的氧化还原液流
电池的电堆结构。
背景技术：
目前，液流储能电池是一类适合大规模蓄电的装置，由多个单电池串联形成的电
池堆，每个单电池包括顺序布置的正极密封框、位于正极密封框内的集流板、正极电极、离
子交换膜、负极电极、负极密封框以及位于负极密封框内的集流板。其具有循环寿命长、容 量和功率可独立设计、可靠性高、不受地理位置的限制、建设期短的优点，与其它蓄电池及
超级电容器等化学储能装置相比，性价比和安全性甚高。液流电池在风能、太阳能发电的匹 配储能方面有很大的潜力，越来越受到各国的重视。 全钒氧化还原液流电池是一种通过不同价态的钒离子相互转化实现电能储存与
释放的新型液流电池，由于使用同种元素组成电池系统，从原理上避免了正负电解液相互
渗透产生的交叉污染问题，使用寿命较长，适用于在大规模储能方面的应用。 在全钒液流电池中，需要通过电池堆内集流板设计，提高通常的多孔性立体结构
的导电材料电极的使用面积以便提高电流密度，并且保证电解液的均匀分布，避免形成"沟
流"现象，还要尽量简化电堆的结构，减少材料加工及装配难度，便于进一步工程放大和减
低系统成本。现有技术中有采用密封框上的梳型结构与薄板的导电塑料电极形成电解液的
导流暗槽，让电解液尽量均匀的平行穿过多孔电极的流动方式，使电解液中的活性物质和
立体电极充分接触，增大电化学反应界面面积，促进电化学氧化还原反应，从而提高电池电
流密度。但电解液中的活性物质在多孔电极内部扩散较慢，特别是对大面积的多孔电极，由
于各处的溶液阻力不一致，很容易在多孔电极内部形成"沟流"，形成电极反应的死区，导致
局部的极化电压过高而发生析氢析氧等副反应。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种可提高电解液流动均匀性的氧化还原液流 电池的电堆结构。 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是氧化还原液流电池的电堆结构，包 括多个单电池串联形成的电池堆，每个单电池包括正极密封框以及负极密封框，在正极密 封框内设置具有多孔电极与导电双电极的集流板，在多孔电极内设置有将多孔电极分隔为 多个导流区域的流场板。 进一步的是，所述导电双电极采用耐酸耐氧化的工程塑料与石墨的混合材料制 作。 本发明的有益效果是通过设置的流场板，使电解液在多孔电极内部按照流场板 分布的导流区域流动，增大电化学反应界面面积的同时也加快了电解液穿过多孔电极的流 动，同时使电解液在多孔电极内的流动也更均匀，促进电化学氧化还原反应速度，提高液流电池电流密度，也明显提高液流电池中电能和化学能的转化和储存效率，尤其适合在氧化 还原液流电池的电堆结构中推广使用。
图1为本发明一个单电池分解后的结构示意图；
图2为集流板的结构示意图；
图3为图2中A-A方向的剖视图。 图中标记为正极密封框1、负极密封框2、导电双电极3、集流板4、多孔电极5、流 场板6、正极电极7、离子交换膜8、负极电极9。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。 如图l至图3所示，本发明的氧化还原液流电池的电堆结构，包括多个单电池串联 形成的电池堆，每个单电池包括正极密封框1以及负极密封框2，在正极密封框1内设置具 有多孔电极5与导电双电极3的集流板4，在多孔电极5内设置有将多孔电极5分隔为多个 导流区域的流场板6。通过设置的流场板6，该流场板6将多孔电极5分隔为多个导流区域， 使电解液在多孔电极5内部按照流场板6分布的导流区域流动，增大电化学反应界面面积 的同时也加快了电解液穿过多孔电极的流动，同时使电解液在多孔电极5内的流动也更均 匀，促进电化学氧化还原反应速度，提高液流电池电流密度，也明显提高液流电池中电能和 化学能的转化和储存效率。流场板6可以单独灵活设计多种流场方式，如可采用交指流场、 蛇形流场、平行沟槽流场、网状流场等流场结构形式，在提高电极活性和反应面积的同时简 化了电堆结构，减少了部件方便电池的组装，并降低了电池的材料成本。流场板6的厚度与 多孔电极5压縮后的厚度相当；流场板6可以单独设计后复合在导电双电极3上，也可以在 压制导电双电极3的时候用电极材料直接压制出流场板6 。 因电解液为含钒硫酸溶液，为提高导电双电极3的使用寿命，所述导电双电极3采 用耐酸耐氧化的工程塑料与石墨的混合材料制作。耐酸耐耐氧化的工程塑料(聚氯乙烯或 硅氟橡胶等)与石墨的混合材料具有抗腐蚀特性，从而可提高导电双电极3的抗腐蚀与抗 氧化性能，提高其使用寿命。
实施例 使用钒氧化还原电池的电极活性物质为含钒硫酸溶液，正极电解液为含V4+/V5+氧 化还原电对的硫酸溶液，负极电解液为含V2+/V3+氧化还原电对的硫酸溶液。
钒电池的反应原理如下
放电 ，正极:<formula>formula see original document page 4</formula>
负极<formula>formula see original document page 4</formula>
设计组装两个电池，集流板的为1mm的导电电极板，有效电极面积为500*300mm， 一组复合流场板(交指流场)，除去流场板后的实际反应电极面积为1250cm2，另一组为无流场板的平板电极。正负极电解液为1000ml的1.6mol/L V4+ +3mol/L H2S04禾口 1000ml的 1.6mol/L V3++3mol/L H2S04溶液，多孔电极为石墨毡。 在保持正负极电解液的流速一致的情况下，采用恒压充电，有流场电池的充电电 流比无流场的高出近30%，说明本发明专利申请能改善电解液的活性物质在多孔电极中的 分布均匀性，加快电解液穿过多孔电极的流动，增大电化学反应速度，提高液流电池的充电 性能。
权利要求
氧化还原液流电池的电堆结构，包括多个单电池串联形成的电池堆，每个单电池包括正极密封框(1)以及负极密封框(2)，在正极密封框(1)内设置具有多孔电极(5)与导电双电极(3)的集流板(4)，其特征是在多孔电极(5)内设置有将多孔电极(5)分隔为多个导流区域的流场板(6)。
2. 如权利要求l所述的氧化还原液流电池的电堆结构，其特征是所述导电双电极(3)采用耐酸耐氧化的工程塑料与石墨的混合材料制作。
全文摘要
本发明公开了一种通过化学反应进行电能储存的氧化还原液流电池的电堆结构，具有可提高电解液流动均匀性的特点。该氧化还原液流电池的电堆结构，包括多个单电池串联形成的电池堆，每个单电池包括正极密封框以及负极密封框，在正极密封框内设置具有多孔电极与导电双电极的集流板，在多孔电极内设置有将多孔电极分隔为多个导流区域的流场板。通过设置的流场板，使电解液在多孔电极内部按照流场板分布的导流区域流动，增大电化学反应界面面积的同时也加快了电解液穿过多孔电极的流动，同时使电解液在多孔电极内的流动也更均匀，促进电化学氧化还原反应速度，提高液流电池电流密度，也明显提高液流电池中电能和化学能的转化和储存效率。
文档编号H01M8/02GK101719556SQ200910310320
公开日2010年6月2日 申请日期2009年11月24日 优先权日2009年11月24日
发明者冉洪波, 吴建国, 廖长轩, 张波, 彭宏亮, 李伟, 李道玉, 毛凤娇, 罗冬梅 申请人:攀枝花新钢钒股份有限公司;攀钢集团研究院有限公司;攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司