一种液流电池流场框结构的制作方法

本技术属于电化学储能的液流储能系统，具体涉及一种液流电池流场框结构。

背景技术：

1、随着可再生清洁能源使用的呼声越来越高，风能、太阳能等可再生能源的利用问题也收到了更为广泛的关注。可是风能、太阳能等可再生能源发电受季节、气象和地域等条件的影响，具有明显的不连续、不稳定性。其发出的电力波动较大，可调节性差。直接使用，将可能对电网产生较大的冲击。而储能技术可以高效的解决这一问题。

2、储能技术包括物理储能和化学储能两大类。物理储能包括抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能等。化学储能主要包括铅酸电池、钠硫电池、液流电池和锂离子电池等。然而各种储能技术都有其适宜的应用领域，适合大规模、长时间储能的化学储能技术主要包括液流电池、钠硫电池、铅酸电池、锂离子电池。综合考虑各种储能技术的优缺点，能够满足现代电网和用户端长时间、大功率储能系统的需求的液流电池储能技术受到了更为广泛地关注。

3、在液流电池中，流场框是放置电极和设置流道的装置和场所，要求其有足够的强度和较好的耐酸碱腐蚀性。流场框的流入、流出通道可以均匀地分配电解质溶液流入到电极材料，为电堆系统最重要组件之一。

4、在以往的铁-铬液流电池技术中，为了增大单体电池电解质溶液反应面积，一般采用较大面积、接近正方形的流场框外形结构，电堆系统多采用pp、pe膜或离子传导膜材料作为隔膜材料，采用导电耐腐蚀性的复合石墨/碳板材料为双极板，要求电极板框具备合适的几何结构以镶嵌电极的同时，还需提供流体分配通道，以及与离子传导膜、双极板的良好密封结构。正方形的流场框结构电解质流入电极反应区(电极腔)后需要流经较长的距离后流出电极反应区，在这个过程中电解质会产生较大的浓度差，从而产生的浓差极化损失较大，进而降低了电池表面反应活性，会造成较大的活化极化损失。

5、此外，常规液流电池每一个单体电池中都包括一个正极流场框和负极流场框，他们分别焊接有双极板并作为单体电池的正负极电极。正负极流场框之间放置隔膜，该隔膜即离子传导膜，正负极电极框分别与隔膜接触时采用密封技术，以保证正负极电解质溶液没有互相渗漏现象。正负极流场框之间的隔膜安装在隔膜框内，隔膜与隔膜框之间的安装需要严格采用密封技术，以防止正负极电解质容易互相渗漏，而且，隔膜框与正负极流场框之间，需要采用密封技术进行安装连接，防止电解质溶液外渗，这样一来，隔膜、隔膜框和流场框的结构复杂，隔膜安装过程较为复杂，不仅增加了电解质溶液外渗的风险，还导致电池安装成本较高。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种液流电池流场框结构。本实用新型要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、一种液流电池流场框结构，包括：板状的框体、第一隔膜、第二隔膜、分配流道和汇集流道；

3、所述框体的窗口为长方形；

4、所述分配流道和所述汇集流道分别位于所述窗口的相对的两个长边的边框面上；

5、所述分配流道和所述汇集流道结构相同且关于所述窗口的长轴对称；

6、所述窗口的周围具有台阶结构；所述台阶结构的外表面与所述框体的表面平齐；

7、所述台阶结构和所述分配流道分别位于所述框体的两个面上；

8、所述第一隔膜，覆盖所述窗口且边沿延伸至所述台阶结构的内侧面处，与所述台阶结构和所述窗口之间的部位焊接；

9、所述第二隔膜，覆盖在所述第一隔膜背向所述窗口的表面上，与所述第一隔膜粘接；

10、所述第二隔膜的外表面与所述框体的表面平齐，所述第一隔膜和所述第二隔膜为相同的隔膜。

11、在本实用新型的一个实施例中，所述焊接为激光焊接。

12、在本实用新型的一个实施例中，所述分配流道，包括：公共分配通道口、多个一级分配凹槽流道、多个中间分配凹槽流道和多个二级分配凹槽流道；

13、所述公共分配通道口，为通孔结构，与多个所述一级分配凹槽流道的一端连通；

14、所述一级分配凹槽流道，另一端与所述中间分配凹槽流道的中部连通；

15、多个所述中间分配凹槽流道沿所述窗口的边沿方向均匀分布；

16、多个所述二级分配凹槽流道，位于所述窗口的边沿上，且贯穿所述边沿，与所述中间分配凹槽流道连通；多个所述二级分配凹槽流道将所述窗口的边沿均匀分隔；

17、多个所述一级分配凹槽流道的形状不同，且多个所述一级分配凹槽流道内的电解质的体积相同；

18、每个所述一级分配凹槽流道中的所述电解质流经所述一级分配凹槽流道的时间相同。

19、在本实用新型的一个实施例中，所述中间分配凹槽流道，包括多个中间子流道；

20、多个所述中间子流道之间相互连通，且多个所述中间子流道的每个中间子流道的深度、宽度和长度相同；多个所述中间子流道均匀分布。

21、在本实用新型的一个实施例中，相邻两个所述中间子流道之间具有间隔部，所述间隔部的数量为奇数个；

22、所述位于中间分配凹槽流道的中部的间隔部上具有朝向所述一级分配凹槽流道方向凸起的第一凸起部。

23、在本实用新型的一个实施例中，所述窗口的边框上还开设有两个过流通孔；

24、其中一个所述过流通孔，位于与所述公共分配通道口相对的另一端部上；

25、另一个所述过流通孔与所述汇集流道对应设置。

26、在本实用新型的一个实施例中，所述窗口的短边和长边的长度比为1:5.5-1:7。

27、在本实用新型的一个实施例中，所述框体的短边和长边的长度比为1:2.5-1:5；

28、所述分配流道和汇集流道分别位于两个长边所在的所述边框上。

29、本实用新型的有益效果：

30、本实用新型的框体的窗口为长方形，也即是电极腔(电极反应区域)为长方形，分配流道和汇集流道位于窗口的两个长边的边框上，因此，电解质从分配流道流经窗口内部区域流出至汇集流道的过程中，电解质在窗口短边方向流动，流动运动的距离和时间较短，减小了运动过程中的浓度差，流出时电解质的分布相对较为均匀，降低了浓差极化损失，从而提高了电池表面反应活性，降低活化极化损失；同时，能够减少单体电池及电堆系统内阻，降低欧姆极化损失。

31、同时，本实用新型将电池的隔膜直接安装在流场框上，采用第一隔膜和第二隔膜的双层隔膜结构，降低了电解质溶液外渗的风险。且无需使用隔膜框进行隔膜安装，简化了结构，简化了隔膜安装过程，提高了安装效率，降低了安装成本。

32、以下将结合附图及实施例对本实用新型做进一步详细说明。

技术特征：

1.一种液流电池流场框结构，其特征在于，包括：板状的框体(10)、第一隔膜、第二隔膜、分配流道和汇集流道；

2.根据权利要求1所述的一种液流电池流场框结构，其特征在于，所述焊接为激光焊接。

3.根据权利要求1所述的一种液流电池流场框结构，其特征在于，所述分配流道，包括：公共分配通道口(30)、多个一级分配凹槽流道(31)、多个中间分配凹槽流道(32)和多个二级分配凹槽流道(33)；

4.根据权利要求3所述的一种液流电池流场框结构，其特征在于，所述中间分配凹槽流道(32)，包括多个中间子流道(34)；

5.根据权利要求4所述的一种液流电池流场框结构，其特征在于，相邻两个所述中间子流道(34)之间具有间隔部(35)，所述间隔部(35)的数量为奇数个；

6.根据权利要求4所述的一种液流电池流场框结构，其特征在于，所述窗口(20)的边框上还开设有两个过流通孔(37)；

7.根据权利要求5所述的一种液流电池流场框结构，其特征在于，所述窗口(20)的短边和长边的长度比为1:5.5-1:7。

8.根据权利要求5所述的一种液流电池流场框结构，其特征在于，所述框体(10)的短边和长边的长度比为1:2.5-1:5；

技术总结
本技术公开了一种液流电池流场框结构，包括：板状的框体、分配流道和汇集流道；框体的窗口为长方形；分配流道和汇集流道分别位于窗口的相对的两个长边的边框面上；分配流道和汇集流道结构相同且关于窗口的长轴对称。窗口的周围具有台阶结构；第一隔膜覆盖窗口与台阶结构和窗口之间的部位焊接；第二隔膜覆盖在第一隔膜背向窗口的表面上与第一隔膜粘接。本技术的窗口也即是电极反应区域为长方形，分配流道和汇集流道位于窗口的两个长边的边框上，因此，电解质在窗口短边方向流动，减小了运动过程中的浓度差，降低了浓差极化损失，降低活化极化损失。同时，双层隔膜直接安装在流场框上，降低了电解质溶液外渗的风险。

技术研发人员：张文东,杨怀荣
受保护的技术使用者：扬州西融储能科技有限公司
技术研发日：20220927
技术公布日：2024/1/15