專利名稱：一種全釩液流電池用液流框裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及全釩液流電池領(lǐng)域，特別是一種全釩液流電池用液流框裝置。
背景技術(shù)：
全釩液流電池，是采用不同價(jià)態(tài)的釩離子溶液作為正負(fù)極電解液，由外部泵驅(qū)動(dòng)電解液在儲液罐和電堆之間循環(huán)流動(dòng)，電解液在電堆中發(fā)生氧化還原反應(yīng)從而完成充放電過程的電池。全釩液流電池由電堆、電解液和管路系統(tǒng)組成，電堆包括隔膜、液流框、電極、 雙極板等。電解液反復(fù)在儲液罐和電堆之間循環(huán)流動(dòng)，其中必然要經(jīng)過液流框，液流框在電堆中起到密封、規(guī)范電解液在電堆中流動(dòng)方式的作用，由于液流框是電堆的中基本的組成部分，其性能的優(yōu)劣將直接影響到全釩液流電池的穩(wěn)定性和運(yùn)行效率。目前，通用的液流框的結(jié)構(gòu)主要側(cè)重于電解液密封效果，因此這類通用的液流框的結(jié)構(gòu)一般都是在前后端板上開設(shè)直線型液流道，然而根據(jù)流體力學(xué)的理論，申請人在研究中發(fā)現(xiàn)，直線型流道結(jié)構(gòu)，容易導(dǎo)致各單體間液流分布不均勻，其結(jié)果會造成全釩液流電池內(nèi)各單體間電壓不均勻，從而降低全釩液流電池的能量轉(zhuǎn)換效率；而且，各單體局部電壓分布不均勻，加速了雙極性電極的腐蝕速度，影響了電池使用壽命?，F(xiàn)有人提出了多回路Z 形流道的液流框并申請中國專利，由該專利文獻(xiàn)公開的《一種全釩離子氧化還原液流電池的液流框裝置》(申請?zhí)?00910015370. 1)的內(nèi)容可知其基本結(jié)構(gòu)是，液流框上設(shè)置帶有彎折且多次迂回的液流道，并且該液流道為中心對稱，其截面接近于Z形或多個(gè)Z形連接在一起的形狀。其中，迂回液流道帶有的多個(gè)彎折，增大了內(nèi)置流道的長度，增大了電池自放電的有效電阻，減緩了自放電的速度，避免了電池出現(xiàn)局部電壓過高的情況，并且在電池靜置時(shí)，必然使迂回液流道內(nèi)的電解液在液流道折彎處出現(xiàn)斷裂，使單體電池中的電解液與其它單體電池及儲液裝置中的電解液隔絕，避免了電池在由電解液連通時(shí)出現(xiàn)的自放電現(xiàn)象，在充完電時(shí)，大量的電能就會儲存在電堆自身當(dāng)中，提高了釩電池的能量轉(zhuǎn)換效率，延長了釩電池的使用壽命。盡管多回路Z形流道設(shè)計(jì)增加流道長度有利于單體電池電壓的均勻性，但是過長的流道會加大電池運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的物理內(nèi)阻，導(dǎo)致增大外接泵的負(fù)擔(dān)，從而造成影響全釩液流電池運(yùn)行綜合效率的后果。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是，針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，為克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提出并研究一種全釩液流電池用液流框裝置，其通過對現(xiàn)有技術(shù)中的液流框裝置進(jìn)行科學(xué)合理的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)既保持電池較小的內(nèi)阻，又可以提高電池單體間電壓均勻性的結(jié)果，從而提高能量轉(zhuǎn)換效率，延長電池使用壽命。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是，采用設(shè)置有流道、液口和液孔的液流框，液口包括進(jìn)液口和出液口，液孔包括進(jìn)液孔和出液孔，其特征在于，流道采用S型流道；液流框上有第一進(jìn)液口、第一出液口和第二進(jìn)液口、第二出液口 ；液流框內(nèi)有第一進(jìn)液孔和第一出液孔，在第一進(jìn)液口和第一進(jìn)液孔之間設(shè)置有S型流道，第一出液口和第一出液孔之間設(shè)置有S型流道。其特征在于，S形流道分布在液流框兩側(cè)。其特征在于，S形流道呈中心對稱。其特征在于，液流框采用兩個(gè)，兩個(gè)液流框呈中心對稱且相互適配。其特征在于，進(jìn)液口和出液口分開設(shè)置在液流框的四角，其中，一個(gè)進(jìn)液口和一個(gè)出液口在液流框的對角線處對應(yīng)設(shè)置。液流框作為電堆的組成部分，與電極配合。每個(gè)電池單體使用兩個(gè)液流框，液流框的四個(gè)液口分別發(fā)揮作用，電解液從第一進(jìn)液口經(jīng)過S型流道通過第一進(jìn)液孔進(jìn)入電堆， 反應(yīng)后通過第一出液孔經(jīng)過S型流道從第一出液口流出。本實(shí)用新型的工作原理是，運(yùn)用S形流道，延長了電解液在液流框中流動(dòng)距離，增大電池自放電時(shí)的有效電阻，提高每個(gè)電池單體的穩(wěn)定性，物理學(xué)理論表明S形流道設(shè)計(jì)使得增加的流動(dòng)阻力最小，能很好地保證電池運(yùn)行效率，并且防止流動(dòng)死區(qū)的出現(xiàn)，從而提高全釩液流電池綜合性能。保證了全釩液流電池運(yùn)行的穩(wěn)定性和效率。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是，設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)新穎，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。本實(shí)用新型是一種適合全釩離子氧化還原液流電池使用的新型液流框裝置，其通過在液流框內(nèi)設(shè)置S形流道，并使S 形流道呈中心對稱設(shè)置。因?yàn)榱鞯酪?guī)定了電解液在液流框內(nèi)的流動(dòng)方向，S形流道的設(shè)計(jì)將使得通過S形流道的電解液受到流動(dòng)阻力最小，能夠充分快速的進(jìn)入電堆內(nèi)部參與電極反應(yīng)，從而提高了電池效率，S形流道的設(shè)計(jì)延長電解液在電堆中流動(dòng)距離，有利于保證每個(gè)單體電池電壓的一致性，提高組裝成模塊的效率，延長電池的使用壽命。

圖1、本實(shí)用新型的基本結(jié)構(gòu)示意圖圖2、本實(shí)用新型應(yīng)用結(jié)構(gòu)示意圖附圖中符號說明1-第一進(jìn)液口、2-第一進(jìn)液孔、3-第一出液孔、4-第一出液口、 5-S型流道、6-S型流道、7-第二出液口、8-第二進(jìn)液口、9-液流框。
具體實(shí)施方式
下面，結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的實(shí)施例作進(jìn)一步說明。如圖1所示，本實(shí)用新型采用設(shè)置有流道、液口和液孔的液流框9，流道采用S型流道5、6。一個(gè)單體電池使用兩個(gè)液流框9。其中，液流框9上有第一進(jìn)液口 1、第一出液口 4、第二進(jìn)液口 8、第二出液口 7。液流框9內(nèi)有第一進(jìn)液孔2和第一出液孔3，在第一進(jìn)液口 1和第一進(jìn)液孔2之間設(shè)置有S型流道5，第一出液孔3和第一出液口 4之間設(shè)置有S型流道6。如圖2所示，當(dāng)采用兩個(gè)液流框9構(gòu)成電池時(shí)，通過兩個(gè)液流框9之間的緊密的密封結(jié)合，構(gòu)成釩電池的正負(fù)極的進(jìn)出液流道。其中，第一進(jìn)液口 1與第一出液口 4連通液流框 9內(nèi)部的流道，構(gòu)成釩電池正極的電解液的進(jìn)出液口，第二進(jìn)液口 8與第二出液口 7連通液流框9內(nèi)部流道，構(gòu)成釩電池負(fù)極的電解液的進(jìn)出液口。進(jìn)液口和出液口分開設(shè)置在液流框9的四角，其中，一個(gè)進(jìn)液口和一個(gè)出液口在液流框的對角線處對應(yīng)設(shè)置。設(shè)置在液流框 9的四角位置的四個(gè)液口，分別為第一進(jìn)液口 1、第一出液口 4、第二進(jìn)液口 8和第二出液口 7。當(dāng)兩個(gè)液流框9構(gòu)成一個(gè)單體電池時(shí)，將分別用于正極電解液循環(huán)和負(fù)極電解液循環(huán)。[0018]為敘述方便，把該液流框9作為正極電解液流經(jīng)的液流框，負(fù)極電解液循環(huán)同理。 第一進(jìn)液口 1和第一出液口 4位于液流框?qū)蔷€處，第一進(jìn)液口 1與第一進(jìn)液孔2通過S形流道5連接在液流框9的一側(cè)，第一出液孔3與第一出液口 4通過S形流道6連接在液流框9的另一側(cè)。本實(shí)用新型的工作過程是，電解液從第一進(jìn)液口 1進(jìn)入液流框9，在液流框 9內(nèi)部通過S形流道5，按箭頭方向流動(dòng)到達(dá)第一進(jìn)液孔2，再通過第一進(jìn)液孔2進(jìn)入電堆內(nèi)部，在電堆內(nèi)部進(jìn)行電極反應(yīng)后，再通過第一出液孔3重新進(jìn)入液流框9，通過S型流道6 按箭頭方向流動(dòng)到達(dá)第一出液口 4，接下來通過第一出液口 4到達(dá)儲液罐，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為外部泵。本實(shí)用新型至少采用兩條流道，它們是S形流道5與S形流道6，S形流道5與S形流道 6結(jié)構(gòu)完全相同并且相互對稱，呈中心對稱設(shè)置。本實(shí)用新型采用的液流框9的具體結(jié)構(gòu)增加電解液在液流框內(nèi)部流動(dòng)路徑，增大電解液形成漏電支路電阻，降低了漏電電流引起電極腐蝕速度，延長了電池使用壽命，S形流道設(shè)計(jì)降低了電解液在液流框內(nèi)部流動(dòng)的物理阻力，提高了電池利用效率，本實(shí)用新型采用該設(shè)計(jì)讓釩電池總能量利用率達(dá)到70% -80%。液流框9內(nèi)設(shè)置S形流道5、6，呈中心對稱，這樣的結(jié)構(gòu)能延長了整個(gè)流道的長度， 增強(qiáng)電池運(yùn)行的穩(wěn)定性。正因?yàn)槿绱耍琒形流道5、6設(shè)計(jì)保證電池能量效率在70% -80%。
權(quán)利要求1.一種全釩液流電池用液流框裝置，采用設(shè)置有流道、液口和液孔的液流框，液口包括進(jìn)液口和出液口，液孔包括進(jìn)液孔和出液孔，其特征在于，流道采用S型流道(5、6)；液流框 (9)上有第一進(jìn)液口(1)、第一出液口(4)和第二進(jìn)液口(8)、第二出液口(7)；液流框(9) 內(nèi)有第一進(jìn)液孔⑵和第一出液孔(3)，在第一進(jìn)液口⑴和第一進(jìn)液孔(2)之間設(shè)置有S 型流道(5)，第一出液口(4)和第一出液孔(3)之間設(shè)置有S型流道(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全釩液流電池用液流框裝置，其特征在于，S形流道(5、 6)分布在液流框(9)兩側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全釩液流電池用液流框裝置，其特征在于，S形流道(5、 6)呈中心對稱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全釩液流電池用液流框裝置，其特征在于，液流框(9)采用兩個(gè)，兩個(gè)液流框(9)呈中心對稱且相互適配。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全釩液流電池用液流框裝置，其特征在于，進(jìn)液口和出液口分開設(shè)置在液流框(9)的四角，其中，一個(gè)進(jìn)液口和一個(gè)出液口在液流框(9)的對角線處對應(yīng)設(shè)置。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種全釩液流電池用液流框裝置，采用設(shè)置有流道、液口和液孔的液流框，液口包括進(jìn)液口和出液口，液孔包括進(jìn)液孔和出液孔，流道采用S型流道，液流框上有第一進(jìn)液口、第一出液口、第二進(jìn)液口、第二出液口，液流框內(nèi)有第一進(jìn)液孔和第一出液孔，在第一進(jìn)液口和第一進(jìn)液孔之間設(shè)置有S型流道，第一出液口和第一出液孔之間設(shè)置有S型流道。兩個(gè)S形流道，呈中心對稱，其截面為S形結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型采用的S形流道，延長了電解液在液流框中流動(dòng)距離，增大電池自放電時(shí)的有效電阻，提高每個(gè)電池單體的穩(wěn)定性，物理學(xué)理論表明S形流道設(shè)計(jì)使得增加的流動(dòng)阻力最小，能很好地保證電池運(yùn)行效率，并且防止流動(dòng)死區(qū)的出現(xiàn)，從而提高全釩液流電池綜合性能。
文檔編號H01M8/02GK201946690SQ20112003503
公開日2011年8月24日 申請日期2011年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月30日
發(fā)明者劉飛, 張 杰, 李愛魁, 杜忠東, 羅傳仙, 郝彰翔, 陳家宏, 陳軒恕 申請人:國網(wǎng)電力科學(xué)研究院, 國網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司