专利名称：一种全钒液流电池用液流框装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及全钒液流电池领域，特别是一种全钒液流电池用液流框装置。
背景技术：
全钒液流电池，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从而完成充放电过程的电池。全钒液流电池由电堆、电解液和管路系统组成，电堆包括隔膜、液流框、电极、 双极板等。电解液反复在储液罐和电堆之间循环流动，其中必然要经过液流框，液流框在电堆中起到密封、规范电解液在电堆中流动方式的作用，由于液流框是电堆的中基本的组成部分，其性能的优劣将直接影响到全钒液流电池的稳定性和运行效率。目前，通用的液流框的结构主要侧重于电解液密封效果，因此这类通用的液流框的结构一般都是在前后端板上开设直线型液流道，然而根据流体力学的理论，申请人在研究中发现，直线型流道结构，容易导致各单体间液流分布不均勻，其结果会造成全钒液流电池内各单体间电压不均勻，从而降低全钒液流电池的能量转换效率；而且，各单体局部电压分布不均勻，加速了双极性电极的腐蚀速度，影响了电池使用寿命。现有人提出了多回路Z 形流道的液流框并申请中国专利，由该专利文献公开的《一种全钒离子氧化还原液流电池的液流框装置》(申请号200910015370. 1)的内容可知其基本结构是，液流框上设置带有弯折且多次迂回的液流道，并且该液流道为中心对称，其截面接近于Z形或多个Z形连接在一起的形状。其中，迂回液流道带有的多个弯折，增大了内置流道的长度，增大了电池自放电的有效电阻，减缓了自放电的速度，避免了电池出现局部电压过高的情况，并且在电池静置时，必然使迂回液流道内的电解液在液流道折弯处出现断裂，使单体电池中的电解液与其它单体电池及储液装置中的电解液隔绝，避免了电池在由电解液连通时出现的自放电现象，在充完电时，大量的电能就会储存在电堆自身当中，提高了钒电池的能量转换效率，延长了钒电池的使用寿命。尽管多回路Z形流道设计增加流道长度有利于单体电池电压的均勻性，但是过长的流道会加大电池运转过程中的物理内阻，导致增大外接泵的负担，从而造成影响全钒液流电池运行综合效率的后果。
实用新型内容本实用新型的目的是，针对现有技术存在的不足，为克服现有技术中的缺陷，提出并研究一种全钒液流电池用液流框装置，其通过对现有技术中的液流框装置进行科学合理的改进，实现既保持电池较小的内阻，又可以提高电池单体间电压均勻性的结果，从而提高能量转换效率，延长电池使用寿命。本实用新型的技术解决方案是，采用设置有流道、液口和液孔的液流框，液口包括进液口和出液口，液孔包括进液孔和出液孔，其特征在于，流道采用S型流道；液流框上有第一进液口、第一出液口和第二进液口、第二出液口 ；液流框内有第一进液孔和第一出液孔，在第一进液口和第一进液孔之间设置有S型流道，第一出液口和第一出液孔之间设置有S型流道。其特征在于，S形流道分布在液流框两侧。其特征在于，S形流道呈中心对称。其特征在于，液流框采用两个，两个液流框呈中心对称且相互适配。其特征在于，进液口和出液口分开设置在液流框的四角，其中，一个进液口和一个出液口在液流框的对角线处对应设置。液流框作为电堆的组成部分，与电极配合。每个电池单体使用两个液流框，液流框的四个液口分别发挥作用，电解液从第一进液口经过S型流道通过第一进液孔进入电堆， 反应后通过第一出液孔经过S型流道从第一出液口流出。本实用新型的工作原理是，运用S形流道，延长了电解液在液流框中流动距离，增大电池自放电时的有效电阻，提高每个电池单体的稳定性，物理学理论表明S形流道设计使得增加的流动阻力最小，能很好地保证电池运行效率，并且防止流动死区的出现，从而提高全钒液流电池综合性能。保证了全钒液流电池运行的稳定性和效率。本实用新型的优点是，设计合理，结构新颖，经济实用。本实用新型是一种适合全钒离子氧化还原液流电池使用的新型液流框装置，其通过在液流框内设置S形流道，并使S 形流道呈中心对称设置。因为流道规定了电解液在液流框内的流动方向，S形流道的设计将使得通过S形流道的电解液受到流动阻力最小，能够充分快速的进入电堆内部参与电极反应，从而提高了电池效率，S形流道的设计延长电解液在电堆中流动距离，有利于保证每个单体电池电压的一致性，提高组装成模块的效率，延长电池的使用寿命。
图1、本实用新型的基本结构示意图图2、本实用新型应用结构示意图附图中符号说明1-第一进液口、2-第一进液孔、3-第一出液孔、4-第一出液口、 5-S型流道、6-S型流道、7-第二出液口、8-第二进液口、9-液流框。
具体实施方式
下面，结合附图对本实用新型的实施例作进一步说明。如图1所示，本实用新型采用设置有流道、液口和液孔的液流框9，流道采用S型流道5、6。一个单体电池使用两个液流框9。其中，液流框9上有第一进液口 1、第一出液口 4、第二进液口 8、第二出液口 7。液流框9内有第一进液孔2和第一出液孔3，在第一进液口 1和第一进液孔2之间设置有S型流道5，第一出液孔3和第一出液口 4之间设置有S型流道6。如图2所示，当采用两个液流框9构成电池时，通过两个液流框9之间的紧密的密封结合，构成钒电池的正负极的进出液流道。其中，第一进液口 1与第一出液口 4连通液流框 9内部的流道，构成钒电池正极的电解液的进出液口，第二进液口 8与第二出液口 7连通液流框9内部流道，构成钒电池负极的电解液的进出液口。进液口和出液口分开设置在液流框9的四角，其中，一个进液口和一个出液口在液流框的对角线处对应设置。设置在液流框 9的四角位置的四个液口，分别为第一进液口 1、第一出液口 4、第二进液口 8和第二出液口 7。当两个液流框9构成一个单体电池时，将分别用于正极电解液循环和负极电解液循环。[0018]为叙述方便，把该液流框9作为正极电解液流经的液流框，负极电解液循环同理。 第一进液口 1和第一出液口 4位于液流框对角线处，第一进液口 1与第一进液孔2通过S形流道5连接在液流框9的一侧，第一出液孔3与第一出液口 4通过S形流道6连接在液流框9的另一侧。本实用新型的工作过程是，电解液从第一进液口 1进入液流框9，在液流框 9内部通过S形流道5，按箭头方向流动到达第一进液孔2，再通过第一进液孔2进入电堆内部，在电堆内部进行电极反应后，再通过第一出液孔3重新进入液流框9，通过S型流道6 按箭头方向流动到达第一出液口 4，接下来通过第一出液口 4到达储液罐，驱动机构为外部泵。本实用新型至少采用两条流道，它们是S形流道5与S形流道6，S形流道5与S形流道 6结构完全相同并且相互对称，呈中心对称设置。本实用新型采用的液流框9的具体结构增加电解液在液流框内部流动路径，增大电解液形成漏电支路电阻，降低了漏电电流引起电极腐蚀速度，延长了电池使用寿命，S形流道设计降低了电解液在液流框内部流动的物理阻力，提高了电池利用效率，本实用新型采用该设计让钒电池总能量利用率达到70% -80%。液流框9内设置S形流道5、6，呈中心对称，这样的结构能延长了整个流道的长度， 增强电池运行的稳定性。正因为如此，S形流道5、6设计保证电池能量效率在70% -80%。
权利要求1.一种全钒液流电池用液流框装置，采用设置有流道、液口和液孔的液流框，液口包括进液口和出液口，液孔包括进液孔和出液孔，其特征在于，流道采用S型流道(5、6)；液流框 (9)上有第一进液口(1)、第一出液口(4)和第二进液口(8)、第二出液口(7)；液流框(9) 内有第一进液孔⑵和第一出液孔(3)，在第一进液口⑴和第一进液孔(2)之间设置有S 型流道(5)，第一出液口(4)和第一出液孔(3)之间设置有S型流道(6)。
2.根据权利要求1所述的一种全钒液流电池用液流框装置，其特征在于，S形流道(5、 6)分布在液流框(9)两侧。
3.根据权利要求1所述的一种全钒液流电池用液流框装置，其特征在于，S形流道(5、 6)呈中心对称。
4.根据权利要求1所述的一种全钒液流电池用液流框装置，其特征在于，液流框(9)采用两个，两个液流框(9)呈中心对称且相互适配。
5.根据权利要求1所述的一种全钒液流电池用液流框装置，其特征在于，进液口和出液口分开设置在液流框(9)的四角，其中，一个进液口和一个出液口在液流框(9)的对角线处对应设置。
专利摘要本实用新型涉及一种全钒液流电池用液流框装置，采用设置有流道、液口和液孔的液流框，液口包括进液口和出液口，液孔包括进液孔和出液孔，流道采用S型流道，液流框上有第一进液口、第一出液口、第二进液口、第二出液口，液流框内有第一进液孔和第一出液孔，在第一进液口和第一进液孔之间设置有S型流道，第一出液口和第一出液孔之间设置有S型流道。两个S形流道，呈中心对称，其截面为S形结构。本实用新型采用的S形流道，延长了电解液在液流框中流动距离，增大电池自放电时的有效电阻，提高每个电池单体的稳定性，物理学理论表明S形流道设计使得增加的流动阻力最小，能很好地保证电池运行效率，并且防止流动死区的出现，从而提高全钒液流电池综合性能。
文档编号H01M8/02GK201946690SQ20112003503
公开日2011年8月24日 申请日期2011年1月30日 优先权日2011年1月30日
发明者刘飞, 张 杰, 李爱魁, 杜忠东, 罗传仙, 郝彰翔, 陈家宏, 陈轩恕 申请人:国网电力科学研究院, 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司