一种液流电池电堆双极板制造技术

本发明专利技术涉及液流电池，具体地说是一种适用于液流电池的双极板，在电极区域外的靠近左侧边和右侧边处平板表面上分别设置有正弦波形或三角波形凹槽，称之为边界导流凹槽；电解液从入口侧边流入，流经电极区域和边界导流凹槽后由出口侧边流出。通过在电极框等与电极贴接的壁面附近的双极板上加设导流结构来增大电解液在壁面附近的流速，从而加快壁面附近的活性物质的更新速率，进而提高电解液分布的均匀性，消减局部效应，提高电池或电堆效率，降低系统成本。统成本。统成本。

【技术实现步骤摘要】
一种液流电池电堆双极板


[0001]本专利技术涉及液流电池领域，特别涉及液流电池或电堆双极板。

技术介绍

[0002]随着能源结构的调整，利用风能、太阳能等可再生能源发电受到越来越 广泛的关注，但可再生能源发电具有不连续、不稳定等特点，直接并网难， 弃风、弃光率高。以液流电池为代表的电储能技术可有效解决这一问题。 液流电池技术是一种新兴电化学储能技术，因其通常具有储能容量与功率 独立设计等优点而广受关注。液流电池运行过程中，电解液在多孔电极区 域流动，当电解液流经电极边缘的液流框等固件边缘时受电解液与壁面间 粘性作用的影响，该区域电解液的流速降低直至为0。中国专利(专利申请 号：201410495737.5)中提出了梯形电堆的新型结构，该结构可以有效提高 电解液的均匀性，但在固件附件的粘性边界层仍然会影响电极中活性物质 的浓度均匀性，导致明显的局部效应，降低电电池(或电堆)总体性能， 缩短其使用寿命，增加系统成本，不利于液流电池的大规模应用。

技术实现思路

[0003]针对液流电池中电极框等固件与电极相贴接的壁面附近电解液流速下 降引起的局部效应问题，提出一种新型的液流电池或电堆双极板结构，其 结构简单，加工方便，通过在电极框等与电极贴接的壁面附近的双极板上 加设导流结构来增大电解液在壁面附近的流速，从而加快壁面附近的活性 物质的更新速率，进而提高电解液分布的均匀性，消减局部效应，提高电 池或电堆效率，降低系统成本。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供的具体技术方案如下:
[0005]一种适用于液流电池电堆的双极板，其特征在于：所述双极板为一梯形 平板状结构，在平板的一侧表面或二侧表面中部有一用于与电极接触的梯 形区域，称之为电极区域；电解液从梯形电极区域的下底侧边流入经电极 区域后再由梯形上底侧边流出，流入的梯形下底侧边称之为入口侧边，流 出的梯形上底侧边称之为出口侧边，梯形的两腰称之为左右侧边；在电极 区域外的靠近左侧边和右侧边处平板表面上分别设置有正弦波形或三角波 形凹槽，称之为边界导流凹槽；电解液从入口侧边流入，流经电极区域和 边界导流凹槽后由出口侧边流出。
[0006]本专利技术电池或电堆设计标准为：双极板为一等腰梯形平板状结构，电 极区域为等腰梯形区域；所述正弦波形或三角波形凹槽是指凹槽平行于板 体表面的截面的左右边线为正弦线形或三角波形。所述边界导流凹槽沿着 梯形两腰所在侧边设置，分别称之为左边界导流凹槽和右边界导流凹槽； 左边界导流凹槽和右边界导流凹槽为正弦波型时，正弦波曲线靠近电极区 域的每个波峰(或波谷)处均分别与电极区域相连通；或，左边界导流凹 槽和右边界导流凹槽为三角波型时，三角波靠近电极区域的每个波峰(或 波谷，即折线的转折点处)处均分别与电极区域相连通。板体所在平面为 平面A，边界导流凹槽在平面A上
的投影以电极区域上下底边中垂线B成 轴对称；左边界导流凹槽和右边界导流凹槽在平面A上的投影为：由两条 平行的正弦曲线M和两条直线线段(按直线、正弦曲线M、直线、正弦曲 线M)依次首尾连接围成的带状封闭图形D或由两条平行的三角波曲线N (三角波折线)和两条直线线段(按直线、折线、直线、折线)依次首尾 连接围成的带状封闭图形E；带状封闭图形D的两条直线线段或带状封闭图 形E的两条直线线段均与梯形两腰所在侧边重合。平行的正弦曲线指在二 条正弦曲线的所在的平面上，在一条正弦曲线上任一点F作切线G，再过点 F作切线G的垂线H，H与另一条正弦曲线交于点J，过点J作另一条正弦 曲线的切线K，切线G和切线K平行，且两条正弦曲线无交点；平行的三 角波曲线指对于组成一条三角波曲线的任意相邻(两条折线段一端点相交) 两条折线段L、P，与另一条三角波曲线上相应的分别距离折线L、P最近的 两条相邻折线段为S、T，L所在的直线与S所在的直线平行，P所在的直线 与T所在的直线平行，且两条三角波曲线无交点。垂直于板体表面的左边 界导流凹槽和右边界导流凹槽是以通过入口侧边几何中心的垂直于入口侧 边的平面为对称面的对称结构。于双极板上开设有分别作为正极和负极电 解液流入和流出口的4个通孔。
[0007]作为优选，左右边界导流凹槽的宽度为0.5～50mm，边界导流凹槽的 宽度是指凹槽平行于板体表面的截面的左右二条正弦曲线或三角波曲线间 的距离；即左右边界导流凹槽的宽度是指切线G和切线K之间的距离或L 所在的直线与S所在的直线间的距离。
[0008]作为优选，左右边界导流凹槽的深度为0.5～30mm，边界导流凹槽的 深度是指板体平面与凹槽底部任一点的垂直距离。
[0009]作为优选，所述电解液流入、流出口直径0.1～250mm。
[0010]所述板体上电极区域四周板体宽度为1～600mm；板体厚度为 0.1～150mm。
[0011]作为优选，所述边界导流凹槽内部转角与各边缘交汇处均为弧形过渡。
[0012]本专利技术提供的双极板材质可以选用石墨等材料，但不限于此。板体上的 凹槽结构可采用机械加工雕刻成型、热压等，但不限于此。
[0013]较现有技术相比，本专利技术采用的双极板结构可使加速电极边缘处电解液 的流速，缓解局部效应，降低电池极化，提高电池和电堆性能。
[0014]本专利技术技术方案带来的有益效果
[0015]该专利技术的液流电池或电堆用双极板加工方便，结构简单，通过在壁面附 近加设边界导流结构提高液流电池内部活性物质的更新速率和分布均匀性 而有效提升电池性能。具体来说：
[0016]受流体，尤其是液流本身粘性的影响，流体在靠近壁面区域流动时，在 一定的范围内，越靠近壁面，流体的流速越小，直至壁面处流速降至0。因 此，在该区域内出现一些局部效应，比如电解液更新速率慢，随着反应的 不断进行，出现活性物质供应不足，进而极化增加，电压效率降低，电解 液利用率降低，最终使得电池整体性能降低。
[0017]通过在液流框等固件与电极贴接处附近的双极板上加设边界导流结构， 使得电解液在该区域的流速增大，从而活性物质在该区域的更新速率加快， 进而使得电极区域边缘的活性物质浓度升高，活性物质分布更均匀，有效 降低电池内部极化，提升电池整体性能。
附图说明
[0018]图1实施例1结构示意图
[0019]图2实施例2结构示意图
[0020]图3对比例3结构示意图
[0021]符号说明：
[0022]1-负极电解液流入口，2-板体，3-入口侧边，4-电极区域，5-边界导流凹槽， 6-正极电解液流入口，7-左右侧边，8-负极电解液流出口，9-出口侧边，10
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正极电解液流出口
具体实施方式
[0023]实施例1
[0024]如图1所示，一种液流电池电堆双极板。采用石墨压制而成，包括双极 板板体2，板体上设有负极电解液流入口1、负极电解液流出口8、正极电 解液流入口6、正极电解液流出口10。其中，负极电解液流入口1和正极 电解液流入口6位于板体梯形下底边侧，负极电解液流出口8本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于液流电池电堆的双极板，其特征在于：所述双极板为一梯形平板状结构，在平板的一侧表面或二侧表面中部有一用于与电极接触的梯形区域，称之为电极区域；电解液从梯形电极区域的下底侧边流入经电极区域后再由梯形上底侧边流出，流入的梯形下底侧边称之为入口侧边，流出的梯形上底侧边称之为出口侧边，梯形的两腰称之为左右侧边；在电极区域外的靠近左侧边和右侧边处平板表面上分别设置有正弦波形或三角波形凹槽，称之为边界导流凹槽；电解液从入口侧边流入，流经电极区域和边界导流凹槽后由出口侧边流出。2.按照权利要求1所述双极板，其特征在于：双极板为一等腰梯形平板状结构，电极区域为等腰梯形区域；所述正弦波形或三角波形凹槽是指凹槽平行于板体表面的截面的左右边线为正弦线形或三角波形。3.按照权利要求1或2所述双极板，其特征在于：边界导流凹槽沿着梯形两腰所在侧边设置，分别称之为左边界导流凹槽和右边界导流凹槽；左边界导流凹槽和右边界导流凹槽为正弦波型时，正弦波曲线靠近电极区域的每个波峰(或波谷)处均分别与电极区域相连通；或，左边界导流凹槽和右边界导流凹槽为三角波型时，三角波靠近电极区域的每个波峰(或波谷，即折线的转折点处)处均分别与电极区域相连通。4.按照权利要求1-3任一所述双极板，其特征在于：板体所在平面为平面A，边界导流凹槽在平面A上的投影以电极区域上下底边中垂线B成轴对称；左边界导流凹槽和右边界导流凹槽在平面A上的投影为：由两条平行的正弦曲线M和两条直线线段(按直线、正弦曲线M、直线、正弦曲线M)依次首尾连接围成的带状封闭图形D或由两条平行的三角波曲线N(三角波折线)和两条直线线段...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑琼，李先锋，岳孟，张华民，
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：