一种液流电池分体式双极板结构及其装配方法与应用

本发明属于液流电池，具体涉及一种液流电池分体式双极板结构及其装配方法与应用。

背景技术：

1、随着经济的发展，对能源的需求日益增加，化石能源的大量消耗所引起的环境问题日益突显。大规模利用可再生能源、实现能源多样化成为世界各国能源安全和可持续发展的重要战略。但是风能，太阳能等再生能源的不连续性和不稳定性，使得他们的直接利用困难，所以利用储能技术，实现可再生能源的连续供应成为解决上述问题的关键。液流电池由于能量、功率分开设计，灵活性好，安全性好，设计寿命长，已经成为大规模储能市场最有前景的技术之一。

2、高功率密度电堆是液流电池发展的目标之一，通过流场结构优化改变电解液在流场内的流动方式，缩短电解液在流场内的停留时间，有利于降低浓差极化，提高液流电池性能。液流电池通常采用碳素复合双极板，双极板外加流道结构是解决这一问题的有效途径，但是流道侧壁以及流道对应双极板表面，由于电解液的流动冲刷，侧壁和流道表面容易损害而被腐蚀，因此解决双极板外加流道结构的保护问题，是提高液流电池寿命的必要条件，对于液流电池的发展具有重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种液流电池分体式双极板结构及其装配方法与应用，以解决双极板外加流道结构的保护问题，从而提高液流电池的寿命。

2、为实现上述目的，本发明技术方案如下：

3、本发明一方面提供一种液流电池分体式双极板结构，所述液流电池电极框设置有电极框进口分支流道和电极框出口分支流道，所述分体式双极板包括基底双极板、流道双极板ⅰ、流道双极板ⅱ和u型流道保护层；所述流道双极板ⅰ和流道双极板ⅱ分别贴合于基底双极板的两侧；所述流道双极板ⅰ和流道双极板ⅱ设置有镂空的流道，所述流道包括电解液进口流道和电解液出口流道，电解液进口流道和电解液出口流道交替排列，且不相通；所述电解液进口流道与电极框进口分支流道之间设置有电解液进口过渡流道；所述电解液出口流道与电极框出口分支流道之间设置有电解液出口过渡流道；所述u型流道保护层分别与电解液进口流道和电解液出口流道的侧壁、以及基底双极板上对应于电解液进口流道和电解液出口流道区域相连。

4、上述技术方案中，进一步地，所述流道双极板ⅰ和流道双极板ⅱ的电解液进口流道至少2个，所述电解液出口流道至少2个；所述电解液进口流道、电解液出口流道的侧壁与基底双极板之间的角度为90～160度；所述电解液进口流道、电解液出口流道的高度均为0.5～5mm，宽度为0.5～50mm。

5、上述技术方案中，进一步地，所述电解液进口流道和电解液出口流道之间间隔为1～500mm，所述电解液进口流道、电解液出口流道的形状为矩形、波浪形或锯齿形。

6、上述技术方案中，进一步地，所述u型流道保护层的材质为pp、pe或pvdf，其厚度为0.01mm～2mm。

7、上述技术方案中，进一步地，所述电解液进口过渡流道和电解液出口过渡流道宽度为1～50mm；所述电解液电解液进口过渡流道和电解液出口流道为为空槽结构、或空槽内填充多孔结构的填充材料，填充材料材质为pp、pe或pvdf，孔隙率为50～99％，厚度为0.5～10mm。

8、本发明另一方面提供一种上述分体式双极板结构的装配方法，所述方法包括以下步骤：

9、(1)将基底双极板水平放置在平台上，将流道双极板ⅰ/流道双极板ⅱ贴合于基底双极板的上表面；

10、(2)u型流道保护层放置于流道双极板ⅰ/流道双极板ⅱ的镂空的流道内，u型流道保护层分别与双极板上对应流道区域，以及镂空的流道的侧壁进行连接，连接方式包括热熔焊接、粘结、激光焊接；

11、(3)同理翻转进行另一侧流道双极板的装配。

12、上述技术方案中，进一步地，流道双极板ⅰ、流道双极板ⅱ基底双极板通过热压方式贴合。

13、本发明再一方面提供一种液流电池电堆，所述电堆包括上述的分体式双极板。

14、上述技术方案中，进一步地，所述电堆由若干个单电池组装而成；所述单电池依次由正极分体式双极板、正极电极框、正极电极、膜、负极电极、负极电极框、负极分体式双极板组成；正负极电极与正负极分体式双极板上的流道双极板相接触，其长宽与流道双极板相同，共同嵌入电极框内，电极压缩比5％～90％，优选50％。

15、本发明中，电极框上的流道分配口仅与电解液进出口流道数量有关，分别设置于相邻两条电解液进口流道或者相邻两条电解液出口流道的中间位置。单电池结构中，电解液从单电池的电极框公用流道进口进入，经过电极框进口主流道，优选电极框进口主流道与电极框进口分支流道的中间位置进入，进入电极框进口分支流道，通过电极框进口分配口进入电解液进口过渡流道，电解液在电解液进口过渡流道进行分配，进入若干个电解液进口流道，穿过电极进入若干个电解液出口流道，并在电解液出口过渡流道进行汇流，依次流经电极框出口分配口、电极框出口分支流道、电极框出口主流道，从电极框公用流道出口流出单电池。

16、本发明的有益效果为：

17、本发明通过u型流道保护层能够将双极板和流道双极板的固定连接，避免电解液的渗入，从而降低流道双极板与基底双极板之间的电阻；

18、本发明u型流道保护层避免流道双极板流道侧壁和基底双极板表面的腐蚀问题，有效提高了液流电池的性能和寿命；

19、本发明具有较强的可靠性、稳定性，同时该方法简单、易于实现，对于促进液流电池发展具有重要的作用。

技术特征：

1.一种液流电池分体式双极板结构，所述液流电池电极框设置有电极框进口分支流道和电极框出口分支流道，其特征在于，所述分体式双极板包括基底双极板、流道双极板ⅰ、流道双极板ⅱ和u型流道保护层；

2.根据权利要求1所述的分体式双极板结构，其特征在于：所述流道双极板ⅰ和流道双极板ⅱ的电解液进口流道至少2个，所述电解液出口流道至少2个；

3.根据权利要求1所述的分体式双极板结构，其特征在于：所述电解液进口流道和电解液出口流道之间间隔为1～500mm，所述电解液进口流道、电解液出口流道的形状为矩形、波浪形或锯齿形。

4.根据权利要求1所述的分体式双极板结构，其特征在于：所述u型流道保护层的材质为pp、pe或pvdf，其厚度为0.01mm～2mm。

5.根据权利要求1所述的分体式双极板结构，其特征在于：所述电解液进口过渡流道和电解液出口过渡流道宽度为1～50mm；所述电解液电解液进口过渡流道和电解液出口流道为为空槽结构、或空槽内填充多孔结构的填充材料，填充材料材质为pp、pe或pvdf，孔隙率为50～99％，厚度为0.5～10mm。

6.一种权利要求1-5任一项所述分体式双极板结构的装配方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的装配方法，其特征在于：流道双极板ⅰ、流道双极板ⅱ基底双极板通过热压方式贴合。

8.一种液流电池电堆，其特征在于：所述电堆包括权利要求1-5任一项所述的分体式双极板。

9.根据权利要求8所述的电堆，其特征在于，所述电堆由若干个单电池组装而成；

技术总结
本发明公开了一种液流电池分体式双极板结构及其制备方法与应用。分体式双极板包括基底双极板、流道双极板Ⅰ、流道双极板Ⅱ和U型流道保护层；流道双极板Ⅰ和流道双极板Ⅱ分别贴合于基底双极板的两侧；流道双极板设置有镂空的流道，流道包括电解液进口流道和电解液出口流道，电解液进口流道和电解液出口流道交替排列；U型流道保护层分别与电解液进口流道和电解液出口流道的侧壁、以及基底双极板上对应于电解液进口流道和电解液出口流道区域相连。本发明通过U型流道保护层能够将双极板和流道双极板固定连接，避免电解液的渗入，实现流道双极板侧壁以及基底双极板上对应于电解液进口流道和电解液出口流道区域的保护，提高液流电池寿命。

技术研发人员：马相坤,李海霞,乔琳
受保护的技术使用者：大连海事大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13