一种液流电池电堆

本发明涉及一种液流电池电堆，特别涉及一种电堆中的导通电解液流动的电堆内部及导液板结构。

背景技术：

1、随着可再生能源近年来在电网中的占比逐渐提高，已经体现出了替代传统化石能源的趋势。但可再生能源具有不稳定、不连续的缺点，其电能质量并不高。如此大规模的并网必定会对电网造成巨大的冲击。一种新型的储能装置可以解决这个问题，其削峰填谷、调频调峰的功能可以极大的改善可再生能源的电能质量，提高上网时长，减少弃风弃光的现象。储能技术分为诸如抽水储能、飞轮储能等物理储能以及电池为主的化学储能。因物理储能对环境的要求比较高，因此主要以化学储能为主。其中液流电池作为一种新兴的电化学储能装置近年来获得了长足的发展。其特点为：可深度充放电、功率与容量可以单独设计、安全性高不会起火爆炸、寿命长、生命周期的性价比高，非常适合大规模储能应用。

2、液流电池系统主要有电池、电解液储罐、电解液以及管路系统构成。其中电池是液流电池系统中最关键的部件，决定了系统的性能和可靠性，是发生化学反应的关键场所。电堆是最重要的功率器件，因此功率密度越高代表着电堆出力能力越好，但同样伴随着电压效率的下降。开发高功率密度高性能电堆就是要通过对电池极化的控制提高电堆的工作电流密度，或者通过超薄电池技术，在单位体积内串联更多的电池而保持效率不降低，以此来提高电堆的工作总电压。液流电池因其电解液的供应方式而产生漏电电流，该部分电流不会流经电池而是被外部的电解液消耗掉，引起了额外的损失。一般来说，漏电电流主要由电池节数、电流大小以及电堆内电解液供应主管路和电极框内的电解液分配管路的电阻来决定。对于大功率电堆来说，电堆内经常串联的电池节数往往高达50-100节。如果电堆结构不加改进，例如采用分堆结构来减少单个电堆的电池节数，那么电堆的库仑效率会有明显的降低。严重情况下可造成电解液过热，损坏电堆和电解液管路。有的电堆结构为了避免串联电池节数过多，将电堆的进液端板上设置有几组电解液的进出口，电堆内分为相同组数的电池单元，分别由上述进液端板的几组电解液进出口供应电解液。以此来打断电堆内部过多的电池共用一根电解液供应主管路而导致漏电电流过高的情况。但该电堆进液端板加工比较复杂，更多的阀门设置不得不增大端板的面积，造成额外的成本损耗。

技术实现思路

1、为了降低上述电堆中的漏电损耗，提高电堆的效率和可靠性，降低端板的加工要求和成本，本发明提出一种液流电池电堆。

2、该电堆包括依次层叠的左侧端板、左侧导液板、右侧导液板、右侧端板，以及位于左侧导液板和右侧导液板之间的从左至右依次通过双极板间隔的单电池；

3、上述单电池包括从左至右依次层叠的位于正极电极框中部通孔内的正极电极、离子传导膜、位于负极电极框中部通孔内的负极电极；

4、由双极板间隔的单电池的个数为m个，m大于等于4的整数；

5、在双极板上的对应位置处分别开设有n个作为正极电解液入口的通孔、n个作为正极电解液出口的通孔、n个作为负极电解液入口的通孔、n 个作为负极电解液出口的通孔；双极板上的正极电解液入口、正极电解液出口、负极电解液入口和负极电解液出口数量均相同；m为偶数，n为 2～m/2，m为奇数，n为2～(m+1)/2；

6、n为奇数，在双极板上通孔的对应位置处，于右侧导液板开设有n-1 个作为正极电解液入口的盲孔、n-1个作为正极电解液出口的盲孔、n-1个作为负极电解液入口的盲孔、n-1个作为负极电解液出口的盲孔；于左侧导液板开设有左侧导液板开设有1个作为正极电解液入口的通孔和n-1个作为正极电解液入口的盲孔、1个作为正极电解液出口的通孔和n-1个作为正极电解液出口的盲孔、1个作为负极电解液入口的通孔和n-1个作为负极电解液入口的盲孔、1个作为负极电解液出口的通孔和n-1个作为负极电解液出口的盲孔；

7、或者，n为偶数，于双极板上通孔的对应位置处，于右侧导液板开设有n个作为正极电解液入口的盲孔、n个作为正极电解液出口的盲孔、n 个作为负极电解液入口的盲孔、n个作为负极电解液出口的盲孔；于左侧导液板开设有左侧导液板开设有1个作为正极电解液入口的通孔和n-2个作为正极电解液入口的盲孔、1个作为正极电解液出口的通孔和n-2个作为正极电解液出口的盲孔、1个作为负极电解液入口的通孔和n-2个作为负极电解液入口的盲孔、1个作为负极电解液出口的通孔和n-2个作为负极电解液出口的盲孔；

8、在左侧导液板上通孔的对应位置处，于左侧端板上开设有一个作为正极电解液入口的通孔、一个作为正极电解液出口的通孔、一个作为极电解液入口的通孔、一个作为负极电解液出口的通孔；

9、从左至右左侧导液板和双极板上相对应位置处的一个正极电解液入口依次串联，共形成n个正极电解液入口通道；从左至右端板和双极板上相对应位置处的一个正极电解液出口依次串联，共形成n个正极电解液出口通道；从左至右端板和双极板上相对应位置处的一个负极电解液入口依次串联，共形成n个负极电解液入口通道；从左至右端板和双极板上相对应位置处的一个负极电解液出口依次串联，共形成n个负极电解液出口通道；

10、以通道左侧为首，右侧为尾；

11、左侧导液板和双极板上的n个正极电解液入口通道依次通过左侧导液板和右侧导液板板体内部盲孔间的通道依次首首两两连通、尾尾两两连通形成一条一端密闭、另一端开口的公共通道，公共通道开口端与左侧端板正极电解液入口通道相连通；

12、左侧导液板和双极板上的n个正极电解液出口通道依次通过左侧导液板和右侧导液板板体内部盲孔间的通道依次首首两两连通、尾尾两两连通形成一条一端密闭、另一端开口的公共通道，公共通道开口端与左侧端板正极电解液出口通道相连通；

13、左侧导液板和双极板上的n个负极电解液入口通道依次通过左侧导液板和右侧导液板板体内部盲孔间的通道依次首首两两连通、尾尾两两连通形成一条一端密闭、另一端开口的公共通道，公共通道开口端与左侧端板负极电解液入口通道相连通；

14、左侧导液板和双极板上的n个负极电解液出口通道依次通过左侧导液板和右侧导液板板体内部盲孔间的通道依次首首两两连通、尾尾两两连通形成一条一端密闭、另一端开口的公共通道，公共通道开口端与左侧端板负极电解液出口通道相连通；

15、从左至右第1至m节单电池中的正极一端与n个正极电解液入口通道的一个通道相连通，另一端与n个正极电解液出口通道的一个通道相连通；且相邻单电池正极分别与n个正极电解液入口通道的不同通道相连通，相邻单电池正极分别与n个正极电解液出口通道的不同通道相连通；且一条正极电解液入口通道连接的单电池的另一端连接在一条正极电解液出口通道上；

16、从左至右第1至m节单电池中的负极一端与n个负极电解液入口通道的一个通道相连通，另一端与n个负极电解液出口通道的一个通道相连通；且相邻单电池负极分别与n个负极电解液入口通道的不同通道相连通，相邻单电池负极分别与n个负极电解液出口通道的不同通道相连通；且一条负极电解液入口通道连接的单电池的另一端连接在一条负极电解液出口通道上。

17、本发明所提出的液流电池电堆，其结构也可以为：包括依次层叠的左侧端板、左侧导液板、右侧导液板、右侧端板，以及位于左侧导液板和右侧导液板之间的从左至右依次通过双极板间隔的单电池

18、所述单电池包括从左至右依次层叠的位于正极电极框中部通孔内的正极电极、离子传导膜、位于负极电极框中部通孔内的负极电极；

19、由双极板间隔的单电池的个数为m*n个；

20、在双极板上的对应位置处分别开设有n个作为正极电解液入口的通孔、n个作为正极电解液出口的通孔、n个作为负极电解液入口的通孔、n 个作为负极电解液出口的通孔；双极板上的正极电解液入口、正极电解液出口、负极电解液入口和负极电解液出口数量均相同；

21、n为奇数，于双极板上通孔的对应位置处，于右侧导液板开设有n-1 个作为正极电解液入口的盲孔、n-1个作为正极电解液出口的盲孔、n-1个作为负极电解液入口的盲孔、n-1个作为负极电解液出口的盲孔；于左侧导液板开设有1个作为正极电解液入口的通孔和n-1个作为正极电解液入口的盲孔、1个作为正极电解液出口的通孔和n-1个作为正极电解液出口的盲孔、1个作为负极电解液入口的通孔和n-1个作为负极电解液入口的盲孔、 1个作为负极电解液出口的通孔和n-1个作为负极电解液出口的盲孔；

22、或者，n为偶数，于双极板上通孔的对应位置处，于右侧导液板开设有n个作为正极电解液入口的盲孔、n个作为正极电解液出口的盲孔、n 个作为负极电解液入口的盲孔、n个作为负极电解液出口的盲孔；于左侧导液板开设有1个作为正极电解液入口的通孔和n-2个作为正极电解液入口的盲孔、1个作为正极电解液出口的通孔和n-2个作为正极电解液出口的盲孔、1个作为负极电解液入口的通孔和n-2个作为负极电解液入口的盲孔、1个作为负极电解液出口的通孔和n-2个作为负极电解液出口的盲孔；

23、在左侧导液板上通孔的对应位置处，于左侧端板上开设有一个作为正极电解液入口的通孔、一个作为正极电解液出口的通孔、一个作为极电解液入口的通孔、一个作为负极电解液出口的通孔；

24、从左至右左侧导液板和双极板上相对应位置处的一个正极电解液入口依次串联，共形成n个正极电解液入口通道；从左至右端板和双极板上相对应位置处的一个正极电解液出口依次串联，共形成n个正极电解液出口通道；从左至右端板和双极板上相对应位置处的一个负极电解液入口依次串联，共形成n个负极电解液入口通道；从左至右端板和双极板上相对应位置处的一个负极电解液出口依次串联，共形成n个负极电解液出口通道；

25、以通道左侧为首，右侧为尾；

26、左侧导液板和双极板上的n个正极电解液入口通道依次通过左侧导液板和右侧导液板板体内部盲孔间的通道依次首首两两连通、尾尾两两连通形成一条一端密闭、另一端开口的公共通道，公共通道开口端与左侧端板正极电解液入口通道相连通；

27、左侧导液板和双极板上的n个正极电解液出口通道依次通过左侧导液板和右侧导液板板体内部盲孔间的通道依次首首两两连通、尾尾两两连通形成一条一端密闭、另一端开口的公共通道，公共通道开口端与左侧端板正极电解液出口通道相连通；

28、左侧导液板和双极板上的n个负极电解液入口通道依次通过左侧导液板和右侧导液板板体内部盲孔间的通道依次首首两两连通、尾尾两两连通形成一条一端密闭、另一端开口的公共通道，公共通道开口端与左侧端板负极电解液入口通道相连通；

29、左侧导液板和双极板上的n个负极电解液出口通道依次通过左侧导液板和右侧导液板板体内部盲孔间的通道依次首首两两连通、尾尾两两连通形成一条一端密闭、另一端开口的公共通道，公共通道开口端与左侧端板负极电解液出口通道相连通；

30、从左至右第k节单电池及第n+k节单电池中的正极一端与n个正极电解液入口通道的第k个通道相连通，另一端与n个正极电解液出口通道的第k个通道相连通；从左至右第k节单电池及第n+k节单电池中的负极一端与n个负极电解液入口通道的第k个通道相连通，另一端与n个负极电解液出口通道的第k个通道相连通；k代表从1至n的整数。

31、上述电堆中，n个正极电解液入口通道、n个正极电解液出口通道分别与电堆外部的正极电解液储罐相连；n个负极电解液入口通道、n个负极电解液出口通道分别与电堆外部的负极电解液储罐相连。

32、m为大于等于5的整数；n为大于等于3的整数。

33、本发明具有如下优点：

34、1、本发明提出的液流电池电堆，增加了原本只有一个的电解液公用管路的数量，相邻单电池的正极或负极不连通同一条电解液公用管路，增加了电解液公用管路的电阻，减小了漏电电流。并且可根据电堆中电池节数灵活设计公用管路的电阻以达到调控漏电电流的目的；

35、2、本发明提出的液流电池电堆，其导液板将相邻两条公用管路在导液板内连通，从而形成一整条公用管路，与端板上的电解液进出口连接在一起。将端板上开设的多个正负极电解液公用管路的进口和出口减少至4个，降低了端板的加工要求和成本，简化电堆外部管路的设置。