本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)提供了一種液流半電池和具有其的液流電池堆。該液流半電池包括：液流框，具有邊框和由邊框形成的電極容納腔；多孔電極，嵌設(shè)在液流框的電極容納腔內(nèi)，多孔電極具有供電解液流動(dòng)的第一流道；雙極板，設(shè)置在液流框的一側(cè)且與多孔電極組平行，雙極板與邊框?qū)?yīng)的位置具有電解液導(dǎo)流入口和電解液導(dǎo)流出口，且雙極板的朝向多孔電極的表面上具有供電解液流動(dòng)的第二流道，電解液導(dǎo)流入口和電解液導(dǎo)流出口與第二流道相連通。多孔電極的第一流道和雙極板的第二流道對(duì)電解液的導(dǎo)流作用，增加了電解液向多孔電極的實(shí)體部分滲透的表面積，減少了多孔電極對(duì)電解液流動(dòng)的液流阻力，有效地降低了電解液流動(dòng)所需的液流壓差，提高了液流電池的充放電效率。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及液流電池的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體而言，涉及ー種液流半電池和具有其的液流電池堆。
技術(shù)介紹
全釩氧化還原液流電池是ー種以不同價(jià)態(tài)的釩離子電解液進(jìn)行氧化還原的電化學(xué)反應(yīng)裝置，能夠高效地實(shí)現(xiàn)化學(xué)能與電能之間的相互轉(zhuǎn)化。該類(lèi)電池具有使用壽命長(zhǎng)，能量轉(zhuǎn)化效率高，安全性好，環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，能用于風(fēng)能發(fā)電和光伏發(fā)電配套的大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)，是電網(wǎng)削峰填谷、平衡負(fù)載的主要選擇之一。因此，近年來(lái)全釩氧化還原液流電池逐漸成為大容量?jī)?chǔ)能電池研究的重點(diǎn)。全釩氧化還原液流電池分別以釩離子V2+/V3+和V4+/V5+作為電池的正負(fù)極氧化還原電對(duì)，將正負(fù)極電解液分別存儲(chǔ)于兩個(gè)儲(chǔ)液罐中，由耐酸液體泵驅(qū)動(dòng)活性電解液至反應(yīng)場(chǎng)所(電池堆)再回至儲(chǔ)液罐中形成循環(huán)液流回路，以實(shí)現(xiàn)充放電過(guò)程。在全釩氧化還原液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中，電池堆性能的好壞決定著整個(gè)系統(tǒng)的充放電性能，尤其是充放電功率及效率。電池堆是由多片單電池依次疊放壓緊，串聯(lián)而成。其中，單片液流電池的組成如圖1所示。I’為液流框，2’為雙極板，3’為多孔電極，4’為離子交換膜，各組件組成單片的液流電池。現(xiàn)有的液流電池堆內(nèi)部電解液的流動(dòng)一般靠多孔電極的滲透?jìng)髻|(zhì)，這種電解液的流動(dòng)方式一方面導(dǎo)致電池堆內(nèi)液流壓差很大，泵消耗過(guò)高，從而使液流電池系統(tǒng)效率降低；另ー方面，電池堆內(nèi)部電解液流動(dòng)不均勻、濃差極化較大，造成電堆內(nèi)部損耗，從而使電池的電壓效率降低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)g在提供一種液流半電池和具有其的液流電池堆，改善了電解液在電極內(nèi)部流動(dòng)的均勻性。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的ー個(gè)方面，提供了一種液流半電池，液流半電池包括:液流框，具有邊框和由邊框形成的電極容納腔；多孔電極，嵌設(shè)在液流框的電極容納腔內(nèi)，多孔電極具有供電解液流動(dòng)的第一流道；雙極板，設(shè)置在液流框的ー側(cè)且與多孔電極組平行，雙極板與邊框?qū)?yīng)的位置具有電解液導(dǎo)流入口和電解液導(dǎo)流出ロ，且雙極板的朝向多孔電極的表面上具有供電解液流動(dòng)的第二流道，電解液導(dǎo)流入口和電解液導(dǎo)流出ロ與第二流道相連通。進(jìn)ー步地，上述第一流道貫穿多孔電極的厚度方向，第二流道的深度小于或等于雙極板的厚度的八進(jìn)ー步地，上述第二流道包括相互平行的進(jìn)液流道和出液流道，進(jìn)液流道與電解液導(dǎo)流入ロ相連通，出液流道與電解液導(dǎo)流出ロ相連通，第一流道與進(jìn)液流道和/或出液流道相連通。進(jìn)一步地，上述進(jìn)液流道和出液流道沿多孔電極的邊緣延伸，且第一流道的延伸方向與進(jìn)液流道和出液流道的延伸方向垂直，第一流道的一端具有開(kāi)口。進(jìn)一步地，相鄰上述第一流道的開(kāi)口方向相反，朝向進(jìn)液流道開(kāi)口的第一流道與進(jìn)液流道相連通，朝向出液流道開(kāi)口的第一流道與出液流道相連通。進(jìn)一步地，上述第一流道包括靠近出液流道的一端具有開(kāi)口的第一開(kāi)口流道；上述第二流道還包括與第一流道平行的分液流道，分液流道與進(jìn)液流道相連通，第一流道與分液流道交錯(cuò)排布。進(jìn)一步地，上述第一流道還包括靠近進(jìn)液流道的一端具有開(kāi)口的第二開(kāi)口流道，第一開(kāi)口流道與第二開(kāi)口流道交叉排布；上述第二流道還包括與分液流道平行的集液流道，集液流道與出液流道相連通，集液流道與分液流道交叉排布并與第一流道交錯(cuò)排布。進(jìn)一步地，上述第一流道與第二流道之間具有在多孔電極與雙極板的疊置方向上重合的重合段以形成使電解液連續(xù)流動(dòng)的流場(chǎng)。進(jìn)一步地，上述第二流道的進(jìn)液流道和出液流道的延伸方向與多孔電極邊緣的延伸方向相同，第二流道還包括一個(gè)或多個(gè)連接流道，各連接流道包括:第一連接流道，與進(jìn)液流道相連通；和/或第二連接流道，與出液流道相連通；第一流道與各連接流道的銜接處均具有重合段，重合段與相應(yīng)的第一流道、連接流道形成流場(chǎng)的連接流場(chǎng)。進(jìn)一步地，上述各連接流道還包括中間流道，中間流道設(shè)置在第一連接流道與第二連接流道之間，中間流道通過(guò)重合段、第一流道和與其對(duì)應(yīng)的第一連接流道、第二連接流道連通。進(jìn)一步地，上述連接流道、重合段以及第一流道相互連通呈蛇形。進(jìn)一步地，上述連接流場(chǎng)為一個(gè)，連接流場(chǎng)沿雙極板的幾何中心呈中心對(duì)稱(chēng)設(shè)置；上述連接流場(chǎng)為多個(gè)，連接流場(chǎng)沿進(jìn)液流道和出液流道的延伸方向依次排布，且各連接流場(chǎng)的重合段沿與進(jìn)液流道的延伸方向垂直的方向?qū)φ挪蓟蚪诲e(cuò)排布。進(jìn)一步地，部分上述連接流道還包括:一個(gè)或多個(gè)分液流道，分液流道的延伸方向與進(jìn)液流道的延伸方向、第一連接流道的延伸方向垂直，且部分分液流道連通進(jìn)液流道和第一連接流道；一個(gè)或多個(gè)集液流道，集液流道的延伸方向與出液流道的延伸方向、第二連接流道的延伸方向垂直，且部分集液流道連通出液流道和第二連接流道。進(jìn)一步地，各上述連接流道的集液流道與分液流道交叉排布。進(jìn)一步地，上述連接流場(chǎng)為直形流場(chǎng)和/或曲折流場(chǎng)。進(jìn)一步地，上述液流框包括相對(duì)的第一邊框和第二邊框，第一邊框上設(shè)置有與電解液導(dǎo)流入口對(duì)應(yīng)且連通的電解液進(jìn)口，第二邊框上設(shè)置有與電解液導(dǎo)流出口對(duì)應(yīng)且連通的電解液出口，第一邊框和第二邊框與多孔電極之間具有間隙。根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的另一方面，提供了一種液流電池堆，包括一個(gè)或多個(gè)正極半電池、一個(gè)或多個(gè)負(fù)極半電池和設(shè)置在正極半電池和負(fù)極半電池之間的離子交換膜，正極半電池和負(fù)極半電池為上述的液流半電池，且液流半電池的雙極板遠(yuǎn)離離子交換膜設(shè)置。應(yīng)用本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)方案，多孔電極上的第一流道和雙極板上的第二流道都能夠起到對(duì)電解液的導(dǎo)流作用，增加了電解液向多孔電極的實(shí)體部分滲透的表面積，減少了多孔電極對(duì)電解液流動(dòng)造成的液流阻力，有效地降低了電解液流動(dòng)所需的液流壓差；而且電解液在第一流道中流動(dòng)時(shí)，向第一流道兩側(cè)的多孔電極中均勻滲透，提高了液流流動(dòng)的均一性，減少了因電解液流動(dòng)不均造成的濃差極化，提高具有其的液流電池的充放電效率。附圖說(shuō)明構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書(shū)附圖用來(lái)提供對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)的進(jìn)ー步理解，本專(zhuān)利技術(shù)的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本專(zhuān)利技術(shù)，并不構(gòu)成對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)的不當(dāng)限定。在附圖中:圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中的液流電池的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2示出了根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的一種優(yōu)選的實(shí)施例的液流半電池的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3a至圖3c示出了根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的另ー種優(yōu)選的實(shí)施例的液流半電池中多孔電極與雙極板的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖4a至圖4c示出了根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的又一種優(yōu)選的實(shí)施例的液流半電池中多孔電極與雙極板的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖4d和圖4e示出了根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的又一種優(yōu)選的實(shí)施例的液流半電池中多孔電極與雙極板中電解液的流動(dòng)示意圖，其中箭頭指向?yàn)殡娊庖旱牧鲃?dòng)方向；圖5a至圖5c示出了根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的又一種優(yōu)選的實(shí)施例的液流半電池中多孔電極與雙極板的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖5d和圖5e示出了根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的又一種優(yōu)選的實(shí)施例的液流半電池的多孔電極與雙極板中電解液的流動(dòng)示意圖，其中箭頭指向?yàn)殡娊庖旱牧鲃?dòng)方向；圖6示出了根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的又一種優(yōu)選的實(shí)施例的液流半電池中多孔電極與雙極板的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖7示出了根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的又一種優(yōu)選的實(shí)施例的液流半電池的多孔電極與雙極板中電解液的流動(dòng)示意圖，其中箭頭指向?yàn)殡娊庖旱牧鲃?dòng)方向；圖8示出了根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的又一種優(yōu)選的實(shí)施例的液流半電池的多孔電極與雙極板中電解液的流動(dòng)示意圖，其中箭頭指向?yàn)殡娊庖旱牧鲃?dòng)方向；圖9示出了根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的又一種優(yōu)選的實(shí)施例的液流半電池中多孔電極與雙極板的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖1Oa至圖1Oc示出了根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的又一種優(yōu)選的實(shí)施例的液流半電池中多孔電極與雙極板的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖1la至圖1lc示出了根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種液流半電池，其特征在于，所述液流半電池包括：液流框（1），具有邊框（11）和由所述邊框（11）形成的電極容納腔；多孔電極（3），嵌設(shè)在所述液流框（1）的所述電極容納腔內(nèi)，所述多孔電極（3）具有供電解液流動(dòng)的第一流道（31）；雙極板（2），設(shè)置在所述液流框（1）的一側(cè)且與所述多孔電極組（3）平行，所述雙極板（2）與所述邊框（11）對(duì)應(yīng)的位置具有電解液導(dǎo)流入口（22）和電解液導(dǎo)流出口（23），且所述雙極板（2）的朝向所述多孔電極（3）的表面上具有供電解液流動(dòng)的第二流道（21），所述電解液導(dǎo)流入口（22）和電解液導(dǎo)流出口（23）與所述第二流道（21）相連通。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種液流半電池，其特征在于，所述液流半電池包括: 液流框(I )，具有邊框(11)和由所述邊框(11)形成的電極容納腔； 多孔電極(3)，嵌設(shè)在所述液流框(I)的所述電極容納腔內(nèi)，所述多孔電極(3)具有供電解液流動(dòng)的第一流道(31)； 雙極板(2)，設(shè)置在所述液流框(I)的ー側(cè)且與所述多孔電極組(3)平行，所述雙極板(2)與所述邊框(11)對(duì)應(yīng)的位置具有電解液導(dǎo)流入ロ( 22)和電解液導(dǎo)流出ロ( 23)，且所述雙極板(2)的朝向所述多孔電極(3)的表面上具有供電解液流動(dòng)的第二流道(21)，所述電解液導(dǎo)流入ロ(22)和電解液導(dǎo)流出ロ(23)與所述第二流道(21)相連通。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液流半電池，其特征在于，所述第一流道(31)貫穿所述多孔電極(3)的厚度方向，所述第二流道(21)的深度小于或等于所述雙極板(2)的厚度的1/2。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液流半電池，其特征在于，所述第二流道(21)包括相互平行的進(jìn)液流道(211)和出液流道(212)，所述進(jìn)液流道(211)與所述電解液導(dǎo)流入ロ( 22 )相連通，所述出液流道(212)與所述電解液導(dǎo)流出ロ(23)相連通，所述第一流道(31)與所述進(jìn)液流道(211)和/或所述出液流道(212)相連通。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的液流半電池，其特征在于，所述進(jìn)液流道(211)和所述出液流道(212)沿所述多孔電極(3)的邊緣延伸，且所述第一流道(31)的延伸方向與所述進(jìn)液流道(211)和所述出液流道(212)的延伸方向垂直，所述第一流道(31)的一端具有開(kāi)ロ。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的液流半電池，其特征在于，相鄰所述第一流道(31)的開(kāi)ロ方向相反，朝向所述進(jìn)液流道(211)開(kāi)ロ的所述第一流道(31)與所述進(jìn)液流道(211)相連通，朝向所述出液流道(212)開(kāi)ロ的 所述第一流道(31)與所述出液流道(212)相連通。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的液流半電池，其特征在干， 所述第一流道(31)包括靠近所述出液流道(212)的一端具有所述開(kāi)ロ的第一開(kāi)ロ流道； 所述第二流道(21)還包括與所述第一流道(31)平行的分液流道(213)，所述分液流道(213)與所述進(jìn)液流道(211)相連通，所述第一流道(31)與所述分液流道(213)交錯(cuò)排布。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的液流半電池，其特征在干， 所述第一流道(31)還包括靠近所述進(jìn)液流道(211)的一端具有所述開(kāi)ロ的第二開(kāi)ロ流道，所述第一開(kāi)ロ流道與所述第二開(kāi)ロ流道交叉排布； 所述第二流道(21)還包括與所述分液流道(213)平行的集液流道(214)，所述集液流道(214)與所述出液流道(212)相連通，所述集液流道(214)與所述分液流道(213)交叉排布并與所述第一流道(31)交錯(cuò)排布。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的液流半電池，其特征在于，所述第一流道(31)與所述第二流道(21)之間具有在所述多孔電極(3)與所述雙極板(2)的疊置方向上重合的重合段以形成使電解液連續(xù)流動(dòng)的流場(chǎng)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的液流半電池，...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：殷聰，宋彥彬，高艷，湯浩，周正，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：中國(guó)東方電氣集團(tuán)有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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