一种含变速流道的液流电池用双极板制造技术

本发明专利技术涉及一种含变速流道的液流电池用双极板，其通过对现有技术中的液流框和双极板结构进行科学合理的改进并一体化，可以实现电解液沿进出液口方向速度逐渐增加，以速度梯度平衡浓度梯度引起的浓差极化对电池性能的影响，同时减少密封元件数量，减小电极厚度的目的，从而简化电堆装配工艺，减少电堆中电解液外漏，降低电池欧姆内阻，提高电池运行的稳定性和电池性能。

Bipolar plate for fluid flow battery with variable flow passage

The present invention relates to a bipolar plate containing a variable flow flow battery, which is based on the existing technology of fluid flow in the box and double plate structure was improved and the integration of scientific and reasonable, can achieve the electrolyte increases along the liquid inlet and outlet velocity, the concentration polarization in the velocity gradient caused by concentration gradient on the battery balance the performance, while reducing the number of sealing components, reduce the thickness of the electrode, thus simplifying the stack assembly process, reduce the stack in electrolyte leakage, reduce ohmic resistance, improve the performance and stability of battery operation.

【技术实现步骤摘要】
一种含变速流道的液流电池用双极板
本专利技术涉及液流电池领域，特别是一种含变速流道的液流电池用双极板。
技术介绍
液流电池，是采用不同价态的钒离子溶液作为正负极电解液，由外部泵驱动电解液在储液罐和电堆之间循环流动，电解液在电堆中发生氧化还原反应实现充放电过程的电池。液流电池由电堆、电解液和泵等管路系统组成，电堆包括离子传导隔膜、液流框、电极、双极板和集流板等。电堆单体电池以离子传导隔膜为中心，两端依次为：电极和液流框、双极板结构。离子传导隔膜与液流框之间、液流框和双极板之间有密封元件。数级或数10级单体电池被夹持在两个不锈钢端板之间，经压滤机压紧作用组成一个电堆。电解液在储液罐和电堆之间循环流动，其中必然要经过液流框，液流框在电堆中起到分配电解液在电堆中的流动方式、防止电解液外漏的作用；密封元件主要对电解液起到密封、防止外漏作用；双极板主要起分隔电堆中的每个单体电池和收集、输送电流的作用。由于液流框、密封元件和双极板对电堆起着不可或缺的作用，其结构和材料将直接影响液流电池的稳定性和电池性能。目前，通用的液流框上设置有等深度电极置放槽，电解液沿进出液口方向流动速度基本一致，但随着反应的进行，沿进出液口方向反应物浓度逐渐降低，通常使得沿进出液口方向浓差极化逐渐增加，尤其是在充放电末期或者高电流密度下影响显著，导致电池整体性能下降。同时，目前通用的液流框和双极板是两个独立的结构，组成电堆时两者之间必须添加密封元件。液流框通常采用PVC材料，双极板采用无孔石墨材料、金属或合金材料以及各种复合材料，密封结构一般有面密封或线密封两种方式。液流框、密封元件、双极板、液流框、密封元件、双极板…的装配工序繁琐，若装配不合理，容易引起电解液外漏，影响电池的稳定运行；而且，密封元件成本也较高；此外，液流框一般应具有防止电解液外漏的作用，因此加工时，液流框的厚度要比液流框上的流道深度大1mm左右，对应的电极厚度较大，引起较大的欧姆内阻，进而影响电池性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是，针对现有技术存在的问题，为克服现有技术中的缺陷，提出并研究一种含变速流道的液流电池用双极板，其通过对现有技术中的液流框和双极板结构进行科学合理的改进并一体化，可以实现电解液沿进出液口方向速度逐渐增加，以速度梯度平衡浓度梯度引起的浓差极化对电池性能的影响，同时减少密封元件数量，减小电极厚度的目的，从而简化电堆装配工艺，减少电堆中电解液外漏，降低电池欧姆内阻，提高电池运行的稳定性和电池性能。附图说明图1：液流电池电堆中间的双极板；图2：液流电池电堆第一个双极板；图3：液流电池电堆的最后一个双极板；图中：1-正极进液通孔，2-负极出液通孔，3-正极电解液流道，4-正极出液通孔，5-负极进液通孔，6-负极电解液流道，7-双极板，8-正极进液流道，9-正极出液流道，10-负极出液流道，11-负极进液流道，12-环状突台。具体实施方式含变速流道的液流电池用双极板7的厚度为12mm,长度为80mm,宽度为60mm，靠近正极进液流道8或负极进液流道11侧正极电解液流道3或负极电解液流道6深度为4mm，靠近正极出液流道9或负极处液流道10侧正极电解液流道3或负极电解液流道6深度为2mm，正极电解液流道3或负极电解液流道6侧的环状凸台厚度为1mm；正极电解液由双极板上的正极进液通孔1流入，经正极进液流道8流入正极电解液流道3，后由正极出液流道9汇流至正极出液通孔4流出；负极电解液由双极板上的负极进液通孔5流入，经负极进液流道11流入负极电解液流道6，后由负极出液流道10汇流至负极出液通孔2流出。采用这种含变速流道的液流电池用双极板组装的全钒液流电池电堆在80mAcm-2条件下测试的电堆能量效率为84.2％，比采用常规无变深流道的双极板结构装配的电堆效率增加了约4％。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含变速流道的液流电池用双极板，对于应用于电堆中间的双极板，于双极板的二侧表面分别设有对称分布的流道，且于双极板的二侧表面流道四周设有作为液流框的环状突台，流道处于环状突台所围绕的区域内，一侧为带有正极电解液进液口和正极电解液出液口的正极电解液流道，于环状突台上设有分别与正极电解液进液口和正极电解液出液口相连通的贯穿双极板板体的进液通孔和出液通孔；另一侧为带有负极电解液进液口和负极电解液出液口的负极电解液流道，于环状突台上设有分别与负极电解液进液口和负极电解液出液口相连通的贯穿双极板板体的进液通孔和出液通孔；对于应用于电堆的第一个双极板，双极板的一侧表面设有流道，且于双极板的表面流道四周设有作为液流框的环状突台，流道处于环状突台所围绕的区域内，其为带有正极电解液进液口和正极电解液出液口的正极电解液流道，于环状突台上设有分别与正极电解液进液口和正极电解液出液口相连通的贯穿双极板板体的进液通孔和出液通孔；对于应用于电堆的最后一个双极板，双极板的一侧表面设有流道，且于双极板的表面流道四周设有作为液流框的环状突台，流道处于环状突台所围绕的区域内，其为带有负极电解液进液口和负极电解液出液口的负极电解液流道，于环状突台上设有分别与负极电解液进液口和负极电解液出液口相连通的贯穿双极板板体的进液通孔和出液通孔；正极电解液流道为深度均匀变化的流道，流道深度自正极电解液进液口至正极电解液出液口方向均匀降低，即靠近正极电解液进液口侧流道深度较大，靠近正极电解液出液口侧流道深度较小；负极电解液流道为深度均匀变化的流道，流道深度自负极电解液进液口至负极电解液出液口方向均匀降低，即靠近负极电解液进液口侧流道深度较大，靠近负极电解液出液口侧流道深度较小；双极板二侧的正极电解液进液口与负极电解液出液口成面对称分布；双极板二侧的正极电解液出液口与负极电解液进液口成面对称分布。...

【技术特征摘要】
1.一种含变速流道的液流电池用双极板，对于应用于电堆中间的双极板，于双极板的二侧表面分别设有对称分布的流道，且于双极板的二侧表面流道四周设有作为液流框的环状突台，流道处于环状突台所围绕的区域内，一侧为带有正极电解液进液口和正极电解液出液口的正极电解液流道，于环状突台上设有分别与正极电解液进液口和正极电解液出液口相连通的贯穿双极板板体的进液通孔和出液通孔；另一侧为带有负极电解液进液口和负极电解液出液口的负极电解液流道，于环状突台上设有分别与负极电解液进液口和负极电解液出液口相连通的贯穿双极板板体的进液通孔和出液通孔；对于应用于电堆的第一个双极板，双极板的一侧表面设有流道，且于双极板的表面流道四周设有作为液流框的环状突台，流道处于环状突台所围绕的区域内，其为带有正极电解液进液口和正极电解液出液口的正极电解液流道，于环状突台上设有分别与正极电解液进液口和正极电解液出液口相连通的贯穿双极板板体的进液通孔和出液通孔；对于应用于电堆的最后一个双极板，双极板的一侧表面设有流道，且于双极板的表面流道四周设有作为液流框的环状突台，流道处于环状突台所围绕的区域内，其为带有负极电解液进液口和负极电解液出液口的负极电解液流道，于环状突台上设有分别与负极电解液进液口和负极电解液出液口相连通的贯穿双极板板体的进液通孔和出液通孔；正极电解液流道为深度均匀变化的流道，流道深度自正极电解液进液口至正极电解液出液口方向均匀降低，即靠近正极电解液进液口侧流道深度较大，靠近正极电解液出液口侧流道深度较小；负极电解液流道为深度均匀变化的流道，流道深度自负极电解液进液口至负极电解液出...

【专利技术属性】
技术研发人员：张华民，郑琼，李先锋，邢枫，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21