本申请涉及液流电池储能技术领域，尤其涉及一种液流电池和液流电池堆。
背景技术
液流电池是一种电化学储能技术，可以通过电解液在正极或负极之间的流动进行充电或放电。具体地，液流电池可以包括正电极板、负电极板、离子交换膜、液流框、正极电解液存储模块，以及负极电解液存储模块，液流框可以将负极电解液存储模块中的负极电解液传输至负电极板的上表面或下表面，以及将正极电解液存储模块中的正极电解液传输至正电极板的上表面或下表面。通过负极电解液与负电极板的氧化还原反应，以及正极电解液与正电极板的氧化还原反应，液流电池可以将负极电解液以及正极电解液的化学能转化为电能，从而可以为外接电路提供电能。
在液流电池中，电解液可以与电极板的上表面或下表面接触，并发生对应的氧化还原反应，因此，为了增大液流电池的提供的电能，需要增加电极板的厚度以增大电极板上表面或下表面的面积，进而增大电解液与电极板的接触面积。但在增加电极板的厚度的过程中，液流电池内阻会升高，液流电池的功率密度会降低。因此，相关的液流电池无法在提供较大的电能的基础上具有较高的功率密度。
技术实现要素：
本申请实施例的目的是提供一种液流电池和液流电池堆，用以提高液流电池的功率密度。
为解决上述技术问题，本申请实施例是这样实现的：
本申请实施例提供一种液流电池，包括正电极板、负电极板、离子交换膜、至少一个液体分布器、管路、正极电解液存储模块以及负极电解液存储模块：
所述离子交换膜位于所述正电极板和所述负电极板之间；
所述正电极板背离所述离子交换膜的一侧设置有第一液体分布器，所述负电极板背离所述离子交换膜的一侧设置有第二液体分布器；
所述第一液体分布器通过管路与所述正极电解液存储模块相连接，并将所述正极电解液存储模块中的电解液传输至所述正电极板背离所述离子交换膜的侧面；所述第二液体分布器通过管路与所述负极电解液存储模块相连接，并将所述负极电解液存储模块中的电解液传输至所述负电极板背离所述离子交换膜的侧面。
可选的，所述将所述正极电解液存储模块中的电解液传输至所述正电极板背离所述离子交换膜的侧面，包括：
通过泵输送或压力输送的方式，将所述正极电解液存储模块中的电解液传输至所述正电极板背离所述离子交换膜的侧面。
所述将所述负极电解液存储模块中的电解液传输至所述负电极板背离所述离子交换膜的侧面，包括：
通过泵输送或压力输送的方式，将所述负极电解液存储模块中的电解液传输至所述负电极板背离所述离子交换膜的侧面。
可选的，所述第一液体分布器靠近所述正极电解液存储模块的一侧刻有流道，以及所述第二液体分布器靠近所述负极电解液存储模块的一侧刻有流道，所述流道的形状包括蛇形、插指形、平行流道形中的至少一种。
可选的，所述液流电池还包括密封模块，所述密封模块位于所述正电极板和所述负电极板的上、下表面的周围。
可选的，所述液流电池还包括端板，所述第一液体分布器靠近所述正极电解液存储模块的一侧设有第一端板；所述第二液体分布器靠近所述负极电解液存储模块的一侧设有第二端板。
可选的，所述正电极板和负电极板的厚度均大于50微米。
可选的，所述液体分布器的材料包括石墨/高分子复合材料、金属/高分子复合材料、石墨/金属复合材料中的至少一种。
可选的，所述离子交换膜能透过联通离子，所述联通离子包括氢离子、钠离子、钾离子、锂离子以及氢氧离子。
可选的，所述离子交换膜的材料包括磺酸型隔膜材料、高分子多孔膜材料、有机/无机复合材料、无机隔膜材料中的至少一种。
本申请实施例提供一种液流电池堆，包括串联在一起的多个液流电池，所述液流电池为上述任一项所述的液流电池，其中，所述液流电池中的液体分布器为双侧液体分布器。
由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请实施例可以包括正电极板、负电极板、离子交换膜、至少一个液体分布器、负极电解液存储模块以及正极电解液存储模块，其中，离子交换膜可以位于正电极板和负电极板之间，正电极板背离离子交换膜的一侧可以设置有第一液体分布器，负电极板背离离子交换膜的一侧可以设置有第二液体分布器；第一液体分布器可以通过管路与正极电解液存储模块相连接，并将正极电解液存储模块中的电解液传输至正电极板背离离子交换膜的侧面；第二液体分布器可以通过管路与负极电解液存储模块相连接，并将负极电解液存储模块中的电解液传输至负电极板背离离子交换膜的侧面。
在本申请实施例中，液流电池中的电解液可以通过液体分布器与电极板背离离子交换膜的一侧接触，并与电极板发生对应的氧化还原反应，由于液流电池中的电解液与电极板的接触面可以为电极板的侧面而非相关技术中的上表面或下表面，因此，本申请实施例不需要通过增大电极板的厚度来提高液流电池充放电的能力，故，本申请实施例可以提高液流电池的功率密度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请示出的一个液流电池的示意图；
图2为本申请示出的一个第一液体分布器的示意图；
图3为本申请示出的另一个液流电池的示意图；
图4为本申请示出的再一个液流电池的示意图；
图5为本申请示出的一个液流电池堆的示意图；
图6为示出的一个对比示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供一种液流电池和液流电池堆。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
请参见图1，为本申请示出的一个液流电池的示意图。图1中，液流电池可以包括离子交换膜1、正电极板2、负电极板3、第一液体分布器4、第二液体分布器5、管路6、负极电解液存储模块7以及正极电解液存储模块8，其中：离子交换膜1可以位于正电极板2和负电极板3之间，第一液体分布器4可以位于正电极板2背离离子交换膜1的一侧，第二液体分布器5可以位于负电极板3背离离子交换膜1的一侧，第一液体分布器4可以通过管路6与正极电解液存储模块8相连接，第二液体分布器5可以通过管路6与负极电解液存储模块7相连接。
在本实施例中，液流电池中的液体分布器可以通过管路将对应的电解液存储模块中的电解液传输至对应电极板背离离子交换膜的侧面，以使得电解液可以与对应电极板的侧面接触，并发生氧化还原反应，从而将电解液中的化学能转化为电能。
在本实施例中，正电极板2上可以发生正极反应，其中，正极反应可以包括五价钒离子和四价钒离子的相互转化，三价铁离子和二价铁离子的相互转化等；负电极板3上可以发生负极反应，其中，负极反应可以包括三价钒离子和二价钒离子的相互转化，三价铬离子和二价铬离子的相互转化等，本实施例对此不做限制。
在一个实例中，液流电池中的第一液体分布器4可以通过管路6将对应的正极电解液存储模块8中的电解液传输至正电极板2背离离子交换膜1的侧面，以使得正极电解液存储模块8中的电解液可以与正电极板2的侧面接触，并发生氧化还原反应，从而将正极电解液存储模块8中的电解液中化学能转化为电能。
在一个示例中，以液流电池为全钒液流电池为例，在充电过程中，正极电解液存储模块8中的电解液可以包括五价钒离子和四价钒离子，第一液体分布器4通过管路6将对应的正极电解液存储模块8中的电解液传输至正电极板2背离离子交换膜1的侧面后，在正电极板2背离离子交换膜1的侧面上可以发生如下所示的氧化还原反应：
在另一个实例中，液流电池中的第二液体分布器5可以通过管路6将对应的负极电解液存储模块7中的电解液传输至负电极板3背离离子交换膜1的侧面，以使得负极电解液存储模块7中的电解液可以与负电极板3的侧面接触，并发生氧化还原反应。
在一个示例中，以液流电池为全钒液流电池为例，在充电过程中，负极电解液存储模块7中的电解液可以包括三价钒离子和二价钒离子，液流电池中的第二液体分布器5在通过管路6将对应的负极电解液存储模块7中的电解液传输至负电极板3背离离子交换膜1的侧面后，在负电极板3背离离子交换膜1的侧面上可以发生如下所示的氧化还原反应：
在一个实施例中，离子交换膜1可以透过联通离子，其中，联通离子包括氢离子、钠离子、钾离子、锂离子以及氢氧离子。本实施例对此不做限制。
在一个示例中，以液流电池为全钒液流电池为例，在充电过程中，联通离子可以包括氢离子。
在一个示例中，液流电池的离子交换膜1的材料可以磺酸型隔膜材料、高分子多孔膜材料、有机/无机复合材料、无机隔膜材料中的至少一种。本实施例对此不做限制。
在一个实施例中，正电极板2以及负电极板3的厚度可以比现有的液流电池中的正电极板和负电极板的厚度小，具体地，可以为20微米至5毫米。在一个优选的示例中，正电极板2以及负电极板3的厚度可以为50微米至3毫米。在另一个优选的示例中，正电极板2以及负电极板3的厚度可以100微米至1毫米。
由于本实施例中的液流电池不再基于电解液与电极板的上表面或下表面之间的氧化还原反应来将电解液中的化学能转换为电能，因此，本实施例中的液流电池可以不用增加其电极板的厚度。由于未增加电极板的厚度，且可以通过液体分布器加快电极板上电解液的流速，因此，本实施例中的液流电池可以提供较大的电能，以及较高的功率密度。
在一个实施例中，第一液体分布器4以及第二液体分布器5上可以设有进口，以及出口，具体地，可以在管路6与其相连的位置处设置进口以及出口，其中，该进口或出口可以位于第一液体分布器4以及第二液体分布器5的上部或中上部，对应的出口或进口可以位于第一液体分布器4以及第二液体分布器5的下部或中下部。
在一个实施例中，第一液体分布器4在将正极电解液存储模块8中的电解液传输至正电极板2背离所述离子交换膜1的侧面时，可以通过泵输送或压力输送的方式，将正极电解液存储模块8中的电解液传输至正电极板2背离离子交换膜1的侧面。
在一个示例中，在将正极电解液存储模块8中的电解液传输至正电极板2背离离子交换膜1的侧面后，正电极板2背离离子交换膜1的侧面上可以有来自正极电解液存储模块8中的电解液，此时，正电极板2上背离离子交换膜1的侧面上可以发生氧化还原反应，在氧化还原反应结束之后，正电极板2上背离离子交换膜1的侧面上的液体可以回到管路6中，并通过管路6流回至正极电解液存储模块8中。
其中，第二液体分布器5也可以通过泵输送或压力输送的方式，将负极电解液存储模块7中的电解液传输至负电极板3背离所述离子交换膜1的侧面。负电极板3背离所述离子交换膜1的侧面上也可以发生氧化还原反应，在氧化还原反应结束之后，负电极板3上背离离子交换膜1的侧面上的液体可以回到管路6中，并通过管路6流回至负极电解液存储模块7中。
在一个实施例中，第一液体分布器4靠近正极电解液存储模块8的一侧可以刻有流道，第二液体分布器5靠近负极电解液存储模块7一侧页也可以刻有流道，其中，第一液体分布器4以及第二液体分布器5上的流道形状可以包括蛇形、插指形、平行流道形中的至少一种，当然，也可以包括相关人员自定义的流道形状。本实施例对此不做限制。
在一个示例中，第一液体分布器4的流道形状可以为平行流道形，此时，第一液体分布器4的具体结构可以如图2所示，其中，图2中的左图可以为第一液体分布器4的主视图，图2中的右图可以为第一液体分布器4的侧视图。图2中，第一液体分布器4可以分别在上部以及下部开口，以容纳管路6，并通过管路6与正极电解液存储模块8相连接。
需要说明的是，图2可以仅为示出的一个第一液体分布器4的具体结构，并不用于限制本实施例。
在本实施例中，第一液体分布器4上的流道的形状可以与第二液体分布器5上的流道形状相同，也可以与第二液体分布器5上的流道形状不相同，本实施例同样对此不做限制。
在一个实施例中，第一液体分布器4以及第二液体分布器5可以为单向液体分布器，也可以为双侧液体分布器，本实施例对此不做限制。
在一个实施例中，液流电池还可以包括第一密封模块9，以及第二密封模块10(如图3所示)，其中，第一密封模块9可以位于正电极板2的上表面以及下表面的周围，第二密封模块10可以位于负电极板3的上表面以及下表面的周围。第一密封模块9以及第二密封模块10可以分别防止正极电解液存储模块8中的电解液以及负极电解液存储模块7中的电解液渗到液流电池的外侧，以及对液流电池进行腐蚀。
在一个实施例中，液流电池还可以包括第一端板11，以及第二端板12(如图4所示)，其中，第一端板11可以位于第一液体分布器4靠近正极电解液存储模块8的一侧，第二端板12可以位于第二液体分布器5靠近负极电解液存储模块7的一侧。第一端板11和第二端板12可以压紧本实施例中的液流电池，使得本实施例中的液流电池的各模块之间可以更好的接触，同时，第一端板11和第二端板12还可以起到支持本实施例中的液流电池的作用。
在一个实施例中，第一端板11以及第二端板12的材料可以均包括金属材料、金属/高分子复合材料、玻璃纤维/高分子复合材料、碳纤维/高分子材料中的至少一种。
在一个实施例中，液流电池可以通过螺栓紧固或焊接的方式装配为一个状体。
本实施例提供一种液流电池，在本实施例中，该液流电池可以包括正电极板、负电极板、离子交换膜、至少一个液体分布器、负极电解液存储模块以及正极电解液存储模块，其中，离子交换膜可以位于正电极板和负电极板之间，正电极板背离离子交换膜的一侧可以设置有第一液体分布器，负电极板背离离子交换膜的一侧可以设置有第二液体分布器；第一液体分布器可以通过管路与正极电解液存储模块相连接，并将正极电解液存储模块中的电解液传输至正电极板背离离子交换膜的侧面；第二液体分布器可以通过管路与负极电解液存储模块相连接，并将负极电解液存储模块中的电解液传输至负电极板背离离子交换膜的侧面。
在本实施例中，液流电池中的电解液可以通过液体分布器与电极板背离离子交换膜的一侧接触，并与电极板发生对应的氧化还原反应，由于液流电池中的电解液与电极板的接触面可以为电极板的侧面而非相关技术中的上表面或下表面，因此，本实施例不需要通过增大电极板的厚度来提高液流电池充放电的能力，故，本实施例可以提高液流电池的功率密度。
请参见图5，为本申请示出的一个液流电池堆的示意图。图5中，液流电池堆可以包括多个离子交换膜1'、多个正电极板2'、多个负电极板3'、多个第一液体分布器4'、多个第二液体分布器5'、管路6'、负极电解液存储模块7'以及正极电解液存储模块8'，其中，离子交换膜1'可以位于正电极板2'和负电极板3'之间，第一液体分布器4'可以位于正电极板2'背离离子交换膜1'的一侧，第二液体分布器5'可以位于负电极板3'背离离子交换膜1'的一侧，然后，按照第一液体分布器4'、正电极板2'、离子交换膜1'、负电极板3'以及第二液体分布器5'的顺序将多个第一液体分布器4'、正电极板2'、离子交换膜1'、负电极板3'以及第二液体分布器5'串联在一起，并将最靠近负极电解液存储模块8'的第一液体分布器4'通过管道6'与正极电解液存储模块8'相连接，以及将最靠近负极电解液存储模块7'的第二液体分布器5'通过管道6'与负极电解液存储模块7'相连接。
需要说明的是，本实施例中，第一液体分布器4'以及第二液体分布器5'均为双侧液体分布器。除此之外，液流电池堆中的第一液体分布器4'以及第二液体分布器5'可以与上一实施例中的第一液体分布器4以及第二液体分布器5相同，本实施例在此不再赘述。
在本实施例中，液流电池堆中的离子交换膜1'、正电极板2'、负电极板3'、管路6'、负极电解液存储模块7'以及正极电解液存储模块8'可以与上一实施例中的离子交换膜1、正电极板2、负电极板3、管路6、阳极电解液存储模块7以及阴极电解液存储模块8相同，本实施例在此不再赘述。
在本实施例中，液流电池堆也可以包括第一密封模块9'，以及第二密封模块10'，其中，第一密封模块9，以及第二密封模块10可以与上一实施例相同，本实施例在此不再赘述。
在本实施例中，液流电池堆也可以包括第一端板11'，以及第二端板12'，其中，第一端板11'，以及第二端板12'可以与上一实施例中的第一端板11，以及第二端板12相同，故本实施例在此不再赘述。
本实施例提供了一种液流电池堆，可以包括串联在一起的多个液流电池，其中，该液流电池可以为上一实施例中的液流电池，液流电池中的液体分布器可以为双侧液体分布器。在本实施例中，液流电池堆中的电解液可以通过液体分布器与电极板背离离子交换膜的一侧接触，并与电极板发生对应的氧化还原反应，由于液流电池堆中的电解液与电极板的接触面可以为电极板的侧面而非相关技术中的上表面或下表面，因此，本实施例不需要通过增大电极板的厚度来提高液流电池充放电的能力，故，本实施例可以提高液流电池堆的功率密度。
请参见图6，为示出的一个对比示意图，其中，该对比示意图包括本实施例中的液流电池在不同环境下的功率密度曲线，以及相关技术中的两个不同的液流电池在不同环境下的功率密度曲线。需要说明的是，图6中所示的坐标轴中的横坐标的单位可以为毫安/平方厘米，纵坐标的单位可以为毫瓦/平方厘米。
具体地，图6中的实施例1可以为本实施例中的液流电池，该液流电池使用了2毫米厚的正极和负极，该正极和负极由多孔碳纤维毡制成，电池的电极板的尺寸为200毫米×200毫米，该液流电池使用石墨高分子复合材料制成的刻有平行流道的单向液体分布器，其中，该流道总面积为200毫米×200毫米，该液流电池使用全氟磺酸制成的离子交换膜，以及在电极周围放置聚四氟乙烯密封材料制成的密封模块，该液流电池还在单向液体分布器靠近电解液的一侧放置了端板，并使用螺栓通过预设孔紧固以上模块。
由图6可知，本实施例液流电池单电池的功率密度超过300毫瓦/平方厘米，工作电流密度超过400毫安/平方厘米，可以担负高功率密度工作的需求。
图6中的对比例1为相关技术中的一个液流电池，该液流电池使用了6毫米厚的正极和负极，该正极和负极由多孔碳纤维毡制成，电极尺寸为700毫米×700毫米，该液流电池将正极和负极材料放在流体框中，流体框内部尺寸为700毫米×700毫米，厚度为5.5毫米。流体框下部设有电解液入口，上部设有电解液出口，该液流电池使用全氟磺酸制成的离子交换膜，将该离子交换膜置于正极和负极之间，并在电极和流体框外侧设置石墨复合板用于收集电流。该液流电池还在石墨板外侧放置端板，并使用螺栓通过预设孔紧固以上部件。
由图6所示，对比例1的液流电池系统的功率密度最高仅达到110毫瓦/平方厘米，工作电流密度达不超过100毫安/平方厘米。由此可知，虽然对比例1中的液流电池中电极板的厚度大于本实施例中的液流电池中电极板的厚度，对比例1中的流体框的尺寸也大于本实施例中的液体分布器的流道总面积，但是，对比例1中液流电池的功率密度以及工作电流密度，小于本实施例中液流电池的功率密度以及工作电流密度。因此，本实施例中的液流电池可以提供较高的功率密度。
图6中的对比例2为相关技术中的另一个液流电池，该液流电池使用了6毫米厚的正极和负极，该正极和负极由多孔碳纤维毡制成，电极尺寸为700毫米×700毫米，该液流电池将正极和负极材料放在流体框中，流体框内部尺寸为700毫米×700毫米，厚度为5.5毫米。流体框下部设有电解液入口，上部设有电解液出口，该液流电池使用全氟磺酸制成的离子交换膜，将该离子交换膜置于正极和负极之间，并在电极和流体框外侧设置石墨复合板用于收集电流。其中，石墨复合板上刻有用以降低电极室内液体压力的流道。该液流电池还在石墨板外侧放置端板，并使用螺栓通过预设孔紧固以上部件。
由图6所示，对比例2的液流电池系统的功率密度最高仅达到100毫瓦/平方厘米，工作电流密度不超过120毫安/平方厘米。由此可知，虽然对比例2中的液流电池中电极板的厚度大于本实施例中的液流电池中电极板的厚度，对比例2中的流体框的尺寸也大于本实施例中的液体分布器的流道总面积，并在集流板上刻画了流体流道，但是，对比例2中液流电池的功率密度以及工作电流密度，小于本实施例中液流电池的功率密度以及工作电流密度。因此，本实施例中的液流电池可以提供较高的功率密度。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。