设置有凹槽电解液流场的双极板、液流电池以及电池堆制造技术

本发明专利技术涉及液流电池领域，具体涉及一种设置有凹槽电解液流场的双极板、液流电池以及电池堆。该双极板设置有凹槽电解液流场，所述凹槽电解液流场内设置有至少一个分流模块，所述分流模块将所述凹槽电解液流场分割为至少两个电解液流道；所述凹槽电解液流场的底面的表面粗糙度Ra为0.05

【技术实现步骤摘要】
设置有凹槽电解液流场的双极板、液流电池以及电池堆


[0001]本专利技术涉及液流电池领域，具体涉及一种设置有凹槽电解液流场的双极板、液流电池以及电池堆。

技术介绍

[0002]液流电池是一类电化学储能技术，一般利用充放电过程中正极和负极液相中活性物质价态的变化实现能量的储存和释放。目前已经开发成功的包括全钒液流电池、铁铬液流电池和锌溴液流电池等技术。液流电池具有独立的能量单元和功率单元，能量单元一般指电池的正极和负极电解液，电解液中活性物质的浓度和体积决定了液流电池的能量上限，功率单元一般指单电池或者电池堆，电解液流过电池堆内的电极，活性物质在电极表面发生反应，从而将化学能转化为电能，或者将电能转化为化学能。
[0003]液流电池的电堆主要由电极、隔膜、双极板、集流体等构成，其中双极板是液流电池的关键部件之一，起到连接不同单电池的正负极并导通电池内电路以及均匀分散电解液的作用，应具有良好的导电性、机械强度、耐化学氧化和电化学腐蚀的性能。双极板流道结构优化对液流电池性能有重要的意义，但这方面的报道相对较少。
[0004]CN205177936U公开了一种含变深流道的液流电池用双极板，正极电解液流道和负极电解液流道为深度均匀变化的流道，流道深度自正极/负极电解液进液口至正极/负极电解液出液口方向均匀降低，即靠近正极/负极电解液进液口侧流道深度较大，靠近正极/负极电解液出液口侧流道深度较小。该结构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，降低电池浓差极化电阻，提高电池的电压效率、电解液利用率和功率密度。CN106876762A公开了一种含变宽变深交指流道的液流电池用双极板，双极板进液流道的宽度大于出液流道的宽度，且进液流道和出液流道的深度自进口至出口方向逐渐减小；该双极板可以进一步加强传质，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，降低电池浓差极化电阻，提高电池的电压效率、电解液利用率和功率密度。然而对于上述两种结构来说，电解液在流动过程中流动死区多，电解液仅能部分穿过电极表面。
[0005]如何高效优化双极板流道设计，降低压降，提高液流电池的功率密度，是该技术实现进一步商业化亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的液流电池的电化学性能有待进一步提高的缺陷，提供一种设置有凹槽电解液流场的双极板、液流电池以及电池堆，该双极板组装成液流电池，电池表现出优异的电化学性能，并且可以降低压降，具有制备性能优异、工艺简单、成本低和环境友好的优点。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种双极板，该双极板设置有凹槽电解液流场，所述凹槽电解液流场内设置有至少一个分流模块，所述分流模块将所述凹槽电解
液流场分割为至少两个电解液流道；所述凹槽电解液流场的底面的表面粗糙度Ra为0.05
‑
12.5μm。
[0008]优选地，所述分流模块包括相互间隔设置的多个模块单元，以及相邻的两个模块单元之间形成的电解液分支流道。
[0009]优选地，所述双极板上设置有电解液进口部和电解液出口部。
[0010]优选地，沿电解液的流动方向，所述电解液进口部依次分为第一直筒段和扩径段；所述电解液出口部依次分为缩径段和第二直筒段。
[0011]本专利技术第二方面提供一种液流电池，该液流电池包括正电极、负电极以及存在于正电极、负电极之间的隔膜；
[0012]所述液流电池还包括与所述正电极相邻的第一双极板和与所述负电极相邻的第二双极板；
[0013]所述第一双极板和第二双极板各自独立地为第一方面所述的双极板。
[0014]本专利技术第三方面提供一种电池堆，所述电池堆包括第二方面所述的液流电池。
[0015]本专利技术提供的双极板由于设置具有特定结构和具有特定表面粗糙度Ra的底面的凹槽电解液流场，尤其再结合特定的电解液进口部和电解液出口部的结构设置，使其组装得到的液流电池表现出优异的电化学性能，并且可以降低压降，具有制备性能优异、工艺简单、成本低和环境友好的优点。
附图说明
[0016]图1是本专利技术提供的一种设置有凹槽电解液流场的液流电池用双极板的示意图；
[0017]图2是本专利技术提供的另一种设置有凹槽电解液流场的液流电池用双极板的示意图；
[0018]图3是本专利技术提供的一种具体实施方式，沿电解液的流动方向，电解液进口部的剖面示意图，其中，箭头指向表示电解液的流动方向；
[0019]图4是本专利技术提供的一种具体实施方式，沿电解液的流动方向，电解液出口部的剖面示意图，其中，箭头指向表示电解液的流动方向；
[0020]图5是本专利技术提供的一种液流电池的示意图。
[0021]附图标记说明
[0022]1‑
电解液出口部
ꢀꢀꢀꢀ2‑
电解液进口部
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ3‑
凹槽电解液流场
[0023]4‑
分流模块
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
41
‑
模块单元
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
42
‑
电解液分支流道
[0024]11
‑
缩径段
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
12
‑
第二直筒段
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
21
‑
第一直筒段
[0025]22
‑
扩径段
[0026]B1、隔膜
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
B2
‑
1、正电极
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
B2
‑
2、负电极
[0027]B3、密封件
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
B4
‑
1、第一双极板
ꢀꢀꢀꢀꢀ
B4
‑
2、第二双极板
[0028]B5、集流体
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
B6、端板
具体实施方式
[0029]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各
个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0030]在本专利技术中，没有特殊情况说明下，所述“第一”和“第二”既不表示先后次序，也不表示对各个物料或步骤起限定作用，仅是用于区别这不是同一物料或步骤。例如，“第一直筒段”和“第二直筒段”中的“第一”和“第二”仅是用于区分这不是同一直筒段。
[0031]本专利技术第一方面提供一种双极板，如图1
‑
2所示，该双极板设置有凹槽电解液流场3，所述凹槽电解液流场3内设置有至少一个分流模块4，所述分流模块4将所述凹槽电解液流场3分割为至少本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双极板，该双极板设置有凹槽电解液流场(3)，所述凹槽电解液流场(3)内设置有至少一个分流模块(4)，所述分流模块(4)将所述凹槽电解液流场(3)分割为至少两个电解液流道；所述凹槽电解液流场(3)的底面的表面粗糙度Ra为0.05
‑
12.5μm。2.根据权利要求1所述的双极板，其中，所述分流模块(4)具有规则形状或者不规则形状；优选地，在所述凹槽电解液流场(3)的宽度方向上，每40mm内，所述分流模块(4)的长度为20
‑
40mm；优选地，所述分流模块(4)的表面宽度为0.5
‑
4mm；优选地，在所述凹槽电解液流场(3)的长度方向上，每50mm内，所述分流模块(4)的数量为2
‑
4个；优选地，各个分流模块(4)沿所述凹槽电解液流场(3)的长度方向均匀排布。3.根据权利要求1或2所述的双极板，其中，所述分流模块(4)包括相互间隔设置的多个模块单元(41)，以及相邻的两个模块单元(41)之间形成的电解液分支流道(42)；优选地，多个所述模块单元(41)的形状和尺寸均相同；优选地，在每个所述分流模块(4)内，多个所述模块单元(41)沿所述凹槽电解液流场(3)的宽度方向均匀排布；优选地，在所述凹槽电解液流场(3)的宽度方向上，每40mm内，所述模块单元(41)的数量为2
‑
6个，所述电解液分支流道(42)的长度为0.5
‑
2.5mm。4.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的双极板，其中，所述凹槽电解液流场(3)具有规则形状或者不规则形状。5.根据权利要求1
‑
4中任意一项所述的双极板，其中，所述凹槽电解液流场(3)的底面的表面粗糙度Ra为0.05
‑
9μm，优选为0.063
‑
7μm；优选地，所述凹槽电解液流场(3)的深度为0.05
‑
2.5mm，更优选为0.1
‑
2mm；优选地，所述分流模块(4)的高度与所述凹槽电解液流场(3)的深度相同。6.根据权利要求1
‑
5中任意一项所述的双极板，其中，所述凹槽电解液流场(3)的底面为磨砂结构；和/或所述凹槽电解液流场(3)的底面喷涂有碳粉和/或活性炭层；和/或所述凹槽电解液流场(3)的底面压有花纹状图案。7.根据权利要求1
‑
6中任意一项所述的双极板，其中，所述双极板厚度为2
‑
6mm，优选为2.5
‑
5mm。8.根据权利要求1
‑
7中任意一项所述的双极板，其中，所述双极板上设置有电解液进口部(2)和电解液出口部(1)；优选地，沿电解液的流动方向，所述电解液进口部(2)依次分为第一直筒段(21)和扩径段(22)；所述电解液出口部(1)依次分为缩径段(11)和第二直筒段(12)；优选地，沿电解液的流动方向，所述第一直筒段(21)和第二直筒段(12)的剖面各自独立地为规则形状，优选为长方形、正方形；所述扩径段(22)和缩径段(11)的剖面各自独立地为规则形状或不规则形状，优选为规则形状，更...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨虹，范永生，缪平，黄群健，刘庆华，贾志军，徐冉，
申请(专利权)人：北京低碳清洁能源研究院，
类型：发明
国别省市：