雙極板組件和液流電池的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種雙極板組件和液流電池。雙極板組件包括雙極板本體，雙極板本體具有導流槽和用于容納電極的反應凹槽，雙極板組件還包括導流管，導流管設置在導流槽內，且導流管與導流槽形狀相適應，導流管的第一端與雙極板本體的第一進液口或第一出液口連通，導流管的第二端與雙極板本體的反應凹槽連通。由于設置有導流管，因而電解液在導流管內流動，從而使電解液與離子交換膜隔離，避免正、負極電解液與離子交換膜離子交換，進而保證了正、負極電解液容量均衡、保證了液流電池的容量、提高了液流電池的導電性能、減少了旁路電流。同時，本發明中的雙極板組件具有結構簡單、制造成本低的特點。
【專利說明】雙極板組件和液流電池
【技術領域】
[0001]本發明涉及液流電池【技術領域】，更具體地，涉及一種雙極板組件和液流電池。
【背景技術】
[0002]現有技術中的液流電池堆包括多個依次疊放設置的液流電池。
[0003]現有技術中的液流電池包括離子交換膜、電極和雙極板本體，電極設置在雙極板本體的反應凹槽內，電極設置在離子交換膜和雙極板本體之間，且雙極板本體的導流槽朝向離子交換膜一側設置。
[0004]在液流電池工作時，電解液需要通過導流槽流入反應凹槽內，因而正、負極電解液在流經導流槽時與離子交換膜充分接觸、進行離子交換，從而導致正、負極電解液容量不均衡、導致液流電池堆容量下降、導電性能下降、旁路電流損失，進而導致液流電池堆無法正常運轉。
【發明內容】
[0005]本發明旨在提供一種雙極板組件和液流電池，以解決現有技術液流電池容量低、導電性能差的問題。
[0006]為解決上述技術問題，根據本發明的一個方面，提供了一種雙極板組件，包括雙極板本體，雙極板本體具有導流槽和用于容納電極的反應凹槽，雙極板組件還包括導流管，導流管設置在導流槽內，且導流管與導流槽形狀相適應，導流管的第一端與雙極板本體的第一進液口或第一出液口連通，導流管的第二端與雙極板本體的反應凹槽連通。
[0007]進一步地，導流管的第二端的管壁上具有液流孔，液流孔朝向反應凹槽一側設置。
[0008]進一步地，液流孔為多個，多個液流孔沿導流管的第二端的長度方向依次排列設置。
[0009]進一步地，導流管是耐酸的絕緣材料制成的。
[0010]進一步地，雙極板組件還包括擋塊，擋塊為多個，多個擋塊間隔排列設置在導流槽與反應凹槽連通的開口處，相鄰兩個擋塊之間形成電解液分配溝槽，導流槽通過電解液分配溝槽與反應凹槽連通。
[0011]進一步地，導流管的多個液流孔與多個電解液分配溝槽一一對應設置。
[0012]進一步地，導流槽與反應凹槽連通的開口的長度等于反應凹槽的寬度。
[0013]根據本發明的另一個方面，提供了一種液流電池，包括電極、離子交換膜和雙極板組件，電極設置在離子交換膜與雙極板組件之間，雙極板組件是上述的雙極板組件，電極設置在雙極板組件的雙極板本體的反應凹槽內，且雙極板組件的導流管設置在離子交換膜與雙極板組件的雙極板本體的導流槽之間。
[0014]進一步地,液流電池還包括密封墊片,密封墊片設置在雙極板組件與離子交換膜之間。
[0015]進一步地，密封墊片具有:第二進液口，第二進液口與雙極板組件的雙極板本體的第一進液口連通；第二出液口，第二出液口與雙極板組件的雙極板本體的第一出液口連通；用于避讓電極的避讓孔，電極位于避讓孔內。
[0016]本發明中的導流管設置在雙極板本體的導流槽內，且導流管與導流槽形狀相適應，導流管的第一端與雙極板本體的第一進液口或第一出液口連通，導流管的第二端與雙極板本體的反應凹槽連通。由于設置有導流管，因而電解液在導流管內流動，從而使電解液與離子交換膜隔離，避免正、負極電解液與離子交換膜離子交換，進而保證了正、負極電解液容量均衡、保證了液流電池的容量、提高了液流電池的導電性能、減少了旁路電流。同時，本發明中的雙極板組件具有結構簡單、制造成本低的特點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中:
[0018]圖1示意性示出了本發明中的雙極板本體的結構示意圖；
[0019]圖2示意性示出了圖1中A-A向的剖視圖；
[0020]圖3示意性示出了本發明中的雙極板本體與電極的連接關系示意圖；
[0021]圖4示意性示出了本發明中的導流管的結構示意圖；
[0022]圖5示意性示出了本發明中的導流管與雙極板本體的連接關系示意圖；
[0023]圖6示意性示出了本發明中的密封墊片的結構示意圖；
[0024]圖7示意性示出了本發明中的密封墊片、電極和雙極板組件的連接關系示意圖；
[0025]圖8示意性示出了圖7中B-B向的剖視圖；
[0026]圖9示意性示出了本發明中的液流電池的結構示意圖；
[0027]圖10示意性示出了本發明中一個優選實施例中密封墊片、液流框、電極和雙極板組件的連接關系示意圖；以及
[0028]圖11示意性示出了本發明中另一個優選實施例中密封墊片、液流框、電極和雙極板組件的連接關系示意圖。
[0029]圖中附圖標記:10、雙極板本體；11、導流槽；12、反應凹槽；13、第一進液口 ；14、第一出液口 ；20、電極；30、導流管；31、液流孔；40、擋塊；41、電解液分配溝槽；50、離子交換膜；60、密封墊片；61、第二進液口 ；62、第二出液口 ；63、避讓孔；70、液流框；80、標記缺口。
【具體實施方式】
[0030]以下結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明，但是本發明可以由權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。
[0031]作為本發明的第一個方面，提供了一種雙極板組件。如圖1至圖5所示的實施例中，雙極板組件包括雙極板本體10和導流管30，雙極板本體10具有導流槽11和用于容納電極20的反應凹槽12，導流管30設置在導流槽11內，且導流管30與導流槽11形狀相適應，導流管30的第一端與雙極板本體10的第一進液口 13或第一出液口 14連通，導流管30的第二端與雙極板本體10的反應凹槽12連通。由于設置有導流管30，因而電解液在導流管30內流動，從而使電解液與離子交換膜50隔離，避免正、負極電解液與離子交換膜50離子交換，進而保證了正、負極電解液容量均衡、保證了液流電池的容量、提高了液流電池的導電性能、減少了旁路電流。同時，本發明中的雙極板組件具有結構簡單、制造成本低的特點。
[0032]如圖4和圖5所示的實施例中，導流管30的第二端的管壁上具有液流孔31，液流孔31朝向反應凹槽12 —側設置。由于設置有液流孔31，因而導流管30通過液流孔31實現與反應凹槽12的連通，從而用于導流電解液。在上述實施例中，導流管30為曲折管道。
[0033]如圖4所示的實施例中，液流孔31為多個，多個液流孔31沿導流管30的第二端的長度方向依次排列設置。由于設置有多個液流孔31，因而可以增加單位時間內導流管30與反應凹槽12的電解液流動容量和速率，從而保證電極與電解液充分反應，進而保證液流電池的正常運行。當然，工作人員可以通過控制液流孔31的個數，控制液流電池中電解液的流動容量和速率，從而控制液流電池的容量和導電性能。
[0034]本發明中的導流管30是耐酸的絕緣材料制成的。當然，導流管30還可以是塑料材料或其他絕緣高分子材料制成的。由于電解液通過導流管30與反應凹槽12連通，因而電解液不會與雙極板本體10的導流槽11接觸，從而避免了旁路電流損失，進而保證了液流電池的能力效率、電流效率、導電性能和電池容量。
[0035]優選地，導流管30是聚氯乙烯或聚丙烯等塑料材料制成的。
[0036]如圖2和圖3所述的實施例中，雙極板本體10的兩側均設置有反應凹槽12，正、負電極分別設置在上述兩個反應凹槽12內。如圖5所不的實施例中，雙極板本體10的同一側面設置有兩個導流管30，兩個導流管30中的一個導流管30用于將第一進液口 13流入的電解液導流至反應凹槽12內，兩個導流管30中的另一個導流管30用于將反應凹槽12內的電解液導流到第一出液口 14以排出。并且，在該實施例中，雙極板本體10的兩側均設置有兩個導流管30。由于一個雙極板本體10通過四個導流管30與其相鄰的離子交換膜50進行隔離，因而保證了液流電池的導電性能和電池容量，從而提高了液流電池的使用可靠性和穩定性。
[0037]優選地，本發明中的雙極板本體10采用石墨板或者是高分子與石墨的導電復合材料制成的。
[0038]如圖1和圖5所示的實施例中，雙極板組件還包括擋塊40，擋塊40為多個，多個擋塊40間隔排列設置在導流槽11與反應凹槽12連通的開口處，相鄰兩個擋塊40之間形成電解液分配溝槽41，導流槽11通過電解液分配溝槽41與反應凹槽12連通。由于設置有擋塊40，因而增加了電解液通過電解液分配溝槽41的時間，也就是增加了電解液在導流槽11內的滯留時間，從而增加了旁路電阻、減小了旁路電流，進而保證了液流電池的能力效率、電流效率。或者是增加了電解液在反應凹槽12內的滯留時間，從而使電極20與電解液充分反應，進而進一步提高了液流電池的導電性能和電池容量。由于導流槽11通過電解液分配溝槽41與反應凹槽12連通，因而使電解液的流動位置和方向具有可控性，避免電解液在某一處過于集中，造成電極無法與電解液充分反應的問題，從而保證了液流電池的導電性能和運行穩定性。
[0039]如圖1和圖5所示的實施例中，導流管30的多個液流孔31與多個電解液分配溝槽41 一一對應設置。由于導流管30的多個液流孔31與多個電解液分配溝槽41 一一對應設置，因而使得由導流管30的液流孔31內流出的電解液直接通過電解液分配溝槽41注入反應凹槽12內，并且提高了電解液的流動速率，從而避免電解液大量滯留在導流槽11內，進而保證了液流電池的容量和導電性能。
[0040]如圖1和圖5所示的實施例中，導流槽11與反應凹槽12連通的開口的長度等于反應凹槽12的寬度。由于上述開口的長度等于反應凹槽12的寬度，也就是等于電極20的寬度，從而使流經電解液分配溝槽41的電解液均勻分布在電極20的各部分，從而使電極20與電解液充分反應，保證了液流電池的導電性能和容量，提高了液流電池的運行穩定性。
[0041]作為本發明的第二個方面，提供了一種液流電池。如圖1至圖11所示，液流電池包括電極20、離子交換膜50和雙極板組件，電極20設置在離子交換膜50與雙極板組件之間，雙極板組件是上述的雙極板組件，電極20設置在雙極板組件的雙極板本體10的反應凹槽12內，且雙極板組件的導流管30設置在雙極板組件的雙極板本體10的導流槽11與離子交換膜50之間。由于導流管30設置在離子交換膜50與雙極板本體10的導流槽11之間，因而將正、負極電解液通過導流管30與離子交換膜50隔開，從而避免正、負極電解液與離子交換膜50離子交換，進而保證了正、負極電解液容量均衡、保證了液流電池的容量、提高了液流電池的導電性能、減少了旁路電流、提高了液流電池的庫侖效率。
[0042]如圖6和圖7所示的實施例中，液流電池還包括密封墊片60,密封墊片60設置在雙極板組件與離子交換膜50之間。由于在雙極板組件與離子交換膜50之間設置有密封墊片60，因而進一步避免正、負極電解液與離子交換膜50離子交換，從而保證了正、負極電解液容量均衡、保證了液流電池的容量、提高了液流電池的導電性能。同時，提高了液流電池的密封性能，避免電解液滲漏，提高了液流電池的使用可靠性、消除了安全隱患。由于密封墊片60在雙極板組件的導流管30的擠壓下與離子交換膜50壓合，因而進一步提高了密封墊片60的密封效果，從而保證了液流電池的運行穩定性。
[0043]如圖6所示的實施例中，密封墊片60具有第二進液口 61、第二出液口 62和用于避讓電極20的避讓孔63，第二進液口 61與雙極板組件的雙極板本體10的第一進液口 13連通，第二出液口 62與雙極板組件的雙極板本體10的第一出液口 14連通，電極20位于避讓孔63內。由于密封墊片60的第二進液口 61和第二出液口 62分別與雙極板本體10的第一進液口 13和第二出液口 62對應連通，因而保證了電解液的流動可靠性和循環穩定性，從而保證了液流電池的運行穩定性和使用可靠性。由于電極20位于密封墊片60的避讓孔63內，因而密封墊片60不會影響電極20的反應，從而保證了液流電池的使用可靠性。
[0044]如圖8至圖11所示的實施例中，液流電池還包括液流框70，電極20卡設在液流框70的開孔處，且液流框70設置在雙極板組件與離子交換膜50之間。由于設置有液流框70，因而進一步限制了電極20的位置，避免電極20變形，同時提高了液流電池的密封性能，從而進一步保證了液流電池的使用可靠性和運行穩定性。
[0045]如圖9至圖11所示的實施例中，密封墊片60、雙極板本體10和液流框70上均設置有標記缺口 80。工作人員在進行液流電池的組裝時，通過查看該標記缺口 80，可以快速確定各部件之間的連接方向，避免將部件裝反，從而提高了液流電池的組裝效率和成品質量。
[0046]如圖9所示的實施例中，密封墊片60設置在雙極板組件和液流框70之間。如圖10所示的實施例中，密封墊片60設置在液流框70與離子交換膜50之間，而雙極板組件和液流框70之間沒有設置密封墊片60。如圖11所示的實施例中，液流框70與離子交換膜50之間設置有一個密封墊片60,且雙極板組件和液流框70之間也設置有一個密封墊片60。[0047]作為本發明的第三個方面，提供了一種液流電池堆。液流電池堆包括多個依次疊放設置的液流電池，該液流電池是上述的液流電池。由于本發明中的液流電池具有導電性能好、容量穩定、運行可靠、電流效率和能力效率高等特點，因而使得本發明中的液流電池堆同樣具有上述優點。
[0048]本發明中的雙極板組件和液流電池具有以下特點:
[0049](1)由于在雙極板本體10上設置有導流槽11,因而增加了電解液由主管道至反應凹槽12的反應區之間的液流路徑，降低了旁路電流，提高了液流電池系統的電流效率；
[0050](2)由于設置有導流管30，因而電解液在曲折的液流管道中，既不與雙極板本體10接觸，也不與離子交換膜50接觸，從而不僅進一步降低了旁路電流并減少了石墨板的電化學腐蝕、也抑制了正負極電解液在非反應區的膜內釩離子滲透與水擴散現象，從而提高了電解液的容量穩定性和工作可靠性；
[0051](3)本發明中的液流電池簡化了電池堆結構，提高了裝配效率。
[0052]以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種雙極板組件，包括雙極板本體(10)，所述雙極板本體(10)具有導流槽(11)和用于容納電極(20)的反應凹槽(12)，其特征在于，所述雙極板組件還包括導流管(30)，所述導流管(30 )設置在所述導流槽(11)內，且所述導流管(30 )與所述導流槽(11)形狀相適應，所述導流管(30)的第一端與所述雙極板本體(10)的第一進液口(13)或第一出液口(14)連通，所述導流管(30)的第二端與所述雙極板本體(10)的所述反應凹槽(12)連通。
2.根據權利要求1所述的雙極板組件，其特征在于，所述導流管(30)的所述第二端的管壁上具有液流孔(31)，所述液流孔(31)朝向所述反應凹槽(12)—側設置。
3.根據權利要求2所述的雙極板組件，其特征在于，所述液流孔(31)為多個，多個所述液流孔(31)沿所述導流管(30)的所述第二端的長度方向依次排列設置。
4.根據權利要求3所述的雙極板組件，其特征在于，所述導流管(30)是耐酸的絕緣材料制成的。
5.根據權利要求3所述的雙極板組件，其特征在于，所述雙極板組件還包括擋塊(40)，所述擋塊(40)為多個，多個所述擋塊(40)間隔排列設置在所述導流槽(11)與所述反應凹槽(12)連通的開口處，相鄰兩個所述擋塊(40)之間形成電解液分配溝槽(41)，所述導流槽(11)通過所述電解液分配溝槽(41)與所述反應凹槽(12)連通。
6.根據權利要求5所述的雙極板組件，其特征在于，所述導流管(30)的多個所述液流孔(31)與多個所述電解液分配溝槽(41) 一一對應設置。
7.根據權利要求1或5所述的雙極板組件，其特征在于，所述導流槽(11)與所述反應凹槽(12)連通的開口的長度等于所述反應凹槽(12)的寬度。
8.一種液流電池，包括電極(20)、離子交換膜(50)和雙極板組件，所述電極(20)設置在所述離子交換膜(50)與所述雙極板組件之間，其特征在于，所述雙極板組件是權利要求1至7中任一項所述的雙極板組件，所述電極(20)設置在所述雙極板組件的雙極板本體(10)的反應凹槽(12)內，且所述雙極板組件的導流管(30)設置在所述離子交換膜(50)與所述雙極板組件的所述雙極板本體(10)的導流槽(11)之間。
9.根據權利要求8所述的液流電池，其特征在于，所述液流電池還包括密封墊片(60)，所述密封墊片(60)設置在所述雙極板組件與所述離子交換膜(50)之間。
10.根據權利要求9所述的液流電池，其特征在于，所述密封墊片(60)具有:第二進液口(61)，所述第二進液口(61)與所述雙極板組件的所述雙極板本體(10)的第一進液口(13)連通；第二出液口(62)，所述第二出液口(62)與所述雙極板組件的所述雙極板本體(10)的第一出液口(14)連通；用于避讓所述電極(20)的避讓孔(63)，所述電極(20)位于所述避讓孔(63)內。
【文檔編號】H01M8/18GK103647091SQ201310655656
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月6日 優先權日:2013年12月6日
【發明者】湯浩, 殷聰, 劉紅麗, 李婷 申請人:中國東方電氣集團有限公司