一种液流电池双极板流道结构的制作方法

1.本实用新型属于液流电池储能领域，具体涉及一种显著增强电解液在电极与离子膜之间传质的液流电池双极板流道结构。


背景技术：

2.液流电池是一种新型绿色规模化储能系统，其主要应用在电池调峰、大规模太阳能和风能发电系统、应急电源系统以及边远地区的储能，甚至可以用作新能源汽车和军事设施的动力系统。
3.与其他二次电池(如铅酸)相比，液流电池具有如下优点：工作过程中不发生电极物质结构形态的变化，电池内部只发生液相反应；电池的额定功率和容量相互独立，可以通过改变电堆的大小和电解液的体积、浓度实现功率和容量的调节；电池电解液循环使用，存储寿命长；电池可100％充放电而不会影响电池性能，真正实现深度放电；且具有电池电化学反应迅速，响应时间短等特点，因此有望在更大的领域获得应用。
4.最常见的液流电池双极板流道形式有三种：
5.1、sff，蛇形流场；
6.2、pff，平行流场；
7.3、iff，交叉流场。
8.液流电池行业目前使用最广泛的流场形式为iff。
9.传统iff双极板流场的优势有以下3点：
10.1、压降(δp)小。进口到出口横跨过电极的区域更短，电解液速度变化小，压降小。
11.2、电极框上可以有更多的进液口，快速使电解液进入反应区，可以显著降低电堆入口压力。
12.3、电解液分布更加均匀，没有死区，降低浓差极化造成的内阻。
13.传统iff双极板流场的缺点：电解液从进口处流入通道后，横跨过电极区的电解液量并非足够多，而是从压力最小的出口处直接斜向流出，这样就会导致进口电解液速度和出口电解液速度远远大于横跨区域的电解液速度，就会使电解液在电极与离子膜之间的传质不均匀，从而使氧化还原反应不均匀。


技术实现要素：

14.为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种液流电池双极板流道结构，将经典iff流场结合默里定律保证电解液从进液口流入后，起到阻碍电解液继续向前的作用，电解液在进液通道停留时间变长，对电解液横跨过电极区有促进作用，使进出液口流道中电解液与电极中电解液的流速更加一致，保证电解液与碳毡和离子膜之间的传质更加均匀丰富，有助于促进氧化还原反应。
15.本实用新型的上述目的是通过以下技术方案实现的：一种液流电池双极板流道结构，包括电极框、总出液管路、总进液管路、公用流道口、流场及设于流场上的多条流道，其
中，所述总进液管路包括总进液口及在流场边缘分设的多个进液口，所述总出液管路包括总出液口及在流场边缘分设的多个出液口，所述流道包括进液口流道、出液口流道，所述公用流道口作为总进液管路、总出液管路的备选，在总进液管路、总出液管路无法行使功能时上方公用流道口作为总进液管路，下方公用流道口作为总出液管路。
16.流场、总进液管路、总出液管路位于电极框中，总进液管路一端通过位于电极框上的总进液口与外部联通，另一端通过多个进液口多点连接进液口流道，进液口流道另一端设于流场中；总出液管路通过位于电极框上的总出液口与外部联通，另一端通过多个出液口多点连接出液口流道，出液口流道另一端设于流场中；进液口流道与出液口流道间隔排列，流道呈阶形折线且拐点角度为143
°
。
17.进一步的，所述进液口流道的进口处宽度为2～4mm，所述出液口流道出口处宽度为2～4mm。
18.进一步的，所述进液口、出液口宽度为2～4mm。
19.进一步的，所述电极框材质为pvc、pp、peek、pe+纤维玻璃中的一种或几种。
20.进一步的，所述流场材质为柔性石墨板、硬石墨板中的一种。
21.本实用新型与现有技术相比的有益效果是：将经典iff流场结合默里定律保证电解液从进液口流入后，阻碍电解液继续向前，延长电解液在进液通道停留时间，对电解液横跨过电极区有促进作用，使进出液口流道中电解液与电极中电解液的流速更加一致，保证电解液与碳毡和离子膜之间的传质更加均匀丰富，有助于促进氧化还原反应。
附图说明
22.图1是本实用新型液流电池双极板流道结构的结构图。
23.图中1.流场，2.流道，201.进液口流道，202.出液口流道，3.总进液管路，301.总进液口，302.进液口，4.总出液管路，401.总出液口，402.出液口，5.电极框，6.公用流道口。
具体实施方式
24.下面通过具体实施例详述本发明，但不限制本实用新型的保护范围。如无特殊说明，本实用新型所采用的实验方法均为常规方法，所用实验器材、材料、试剂等均可从商业途径获得。
25.实施例1
26.一种液流电池双极板流道结构，包括电极框5、总出液管路4、总进液管路3、公用流道口6、流场1及设于流场1上的多条流道2，其中，所述总进液管路3包括总进液口301及在流场1边缘分设的多个进液口302，所述总出液管路4包括总出液口401及在流场1边缘分设的多个出液口402，所述流道2包括进液口流道201、出液口流道202，所述流场1材质为柔性石墨板。
27.流场1、总进液管路3、总出液管路4位于电极框5中，总进液管路3一端通过位于电极框5上的总进液口301与外部联通，另一端通过多个进液口302多点连接进液口流道201，进液口流道201另一端设于流场1中；总出液管路4通过位于电极框5上的总出液口401与外部联通，另一端通过多个出液口402多点连接出液口流道202，出液口流道202另一端设于流场1中；进液口流道201与出液口流道202间隔排列，流道2呈阶形折线且拐点角度为143
°
。
28.流场1电解液传质高低主要体现在电压效率ve、库伦效率ce及二者乘积能量效率ee上，ve越高表示电解液流速越均匀并且氧化还原离子电势差越均匀；ce越高表示电解液在碳毡与离子膜之间的传质越高，离子膜应用的效率越好，h+传递越好，ee越高表示结构单位损失能量低，能有效提高传质效率。
29.将上述液流电池双极板流道结构与传统iff双极板流场结构进行对比实验，结果如表1：
30.表1
[0031] ce(％)ve(％)ee(％)传统iff双极板流场结构94.982.177.9本实用新型双极板流道结构96.283.580.3
[0032]
由表1可看出，库伦效率ce提升了1.3％，电压效率ve提升了1.6％，能量效率ee提升了3％，效果提升显著。
[0033]
以上所述实施方式仅为本实用新型的优选实施例，而并非本实用新型可行实施的全部实施例。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本实用新型原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。


技术特征：
1.一种液流电池双极板流道结构，其特征在于，包括电极框(5)、总出液管路(4)、总进液管路(3)、公用流道口(6)、流场(1)及设于流场(1)上的多条流道(2)，其中，所述总进液管路(3)包括总进液口(301)及在流场(1)边缘分设的多个进液口(302)，所述总出液管路(4)包括总出液口(401)及在流场(1)边缘分设的多个出液口(402)，所述流道(2)包括进液口流道(201)、出液口流道(202)，所述公用流道口(6)作为总进液管路(3)、总出液管路(4)的备选，在总进液管路(3)、总出液管路(4)无法行使功能时上方公用流道口(6)作为总进液管路(3)，下方公用流道口(6)作为总出液管路(4)；流场(1)、总进液管路(3)、总出液管路(4)位于电极框(5)中，总进液管路(3)一端通过位于电极框(5)上的总进液口(301)与外部联通，另一端通过多个进液口(302)多点连接进液口流道(201)，进液口流道(201)另一端设于流场(1)中；总出液管路(4)通过位于电极框(5)上的总出液口(401)与外部联通，另一端通过多个出液口(402)多点连接出液口流道(202)，出液口流道(202)另一端设于流场(1)中；进液口流道(201)与出液口流道(202)间隔排列，流道(2)呈阶形折线且拐点角度为143
°
。2.根据权利要求1所述的液流电池双极板流道结构，其特征在于，所述进液口流道(201)的进口处宽度为2～4mm，所述出液口流道(202)出口处宽度为2～4mm。3.根据权利要求1所述的液流电池双极板流道结构，其特征在于，所述进液口(302)、出液口(402)宽度为2～4mm。4.根据权利要求1所述的液流电池双极板流道结构，其特征在于，所述流场(1)材质为柔性石墨板、硬石墨板中的一种。

技术总结
本实用新型属于液流电池储能领域，公开了一种液流电池双极板流道结构。包括位于电极框中的流场、总进液管路、总出液管路，公用流道口，流场上设有多条流道，流道呈阶形折线且拐点角度为143


技术研发人员：陈放 江杉 宋清爽 徐广民 王紫雪 鲁志颖
受保护的技术使用者：大连融科储能技术发展有限公司
技术研发日：2021.11.24
技术公布日：2022/7/28