一種梯形液流電池及其電堆的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種單梯形液流電池、多梯形液流電池及其電堆。該單梯形液流電池的正極多孔電極和負(fù)極多孔電極均為梯形的平板電極；正、負(fù)極多孔電極置于正、負(fù)極液流框內(nèi)，于正、負(fù)極液流框上、靠近正、負(fù)極多孔電極梯形下底邊一側(cè)設(shè)有電解液進(jìn)液流道，靠近正、負(fù)極多孔電極梯形上底邊一側(cè)設(shè)有電解液出液流道，電解液從正、負(fù)極多孔電極梯形下底邊一側(cè)流入經(jīng)正極多孔電極后從正、負(fù)極多孔電極梯形上底邊一側(cè)流出；這種梯形液流電池可以在一定程度上降低電池內(nèi)的濃差極化，減小電池電壓損失，同時提高電解液的利用率，提高電池整體效率。
【專利說明】一種梯形液流電池及其電堆

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及液流電池領(lǐng)域，具體而言，涉及一種單梯形液流電池、多梯形液流電池及其電堆。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的液流電池，按照端板、集流板、(雙)極板、正極多孔電極、正極液流框、離子交換膜、負(fù)極液流框、負(fù)極多孔電極、(雙)極板、集流板、端板依次順序疊合并裝配而成，液流電池電堆由二節(jié)以上液流電池串聯(lián)而成。其中的正負(fù)極多孔電極為矩形，電解液在矩形的一端流入，矩形的另一端以近似于進(jìn)口處的速度流出。在電解液流入電極中的同時伴隨著電化學(xué)反應(yīng)，在相近的流速下，反應(yīng)物濃度由進(jìn)口到出口將逐漸降低，引起進(jìn)出口處反應(yīng)物濃度梯度，導(dǎo)致電解液在電池內(nèi)的反應(yīng)不均勻，弓I起濃差極化和電壓損失，進(jìn)而影響電池效率。
實用新型內(nèi)容
[0003]一種單梯形電池，包括依次順序疊合的端板、集流板、(雙)極板、正極多孔電極、正極液流框、離子交換膜、負(fù)極液流框、負(fù)極多孔電極、(雙)極板、集流板、端板，其特征在于:所述正極多孔電極和負(fù)極多孔電極均為梯形的平板電極；
[0004]正極多孔電極置于正極液流框內(nèi)，于正極液流框上、靠近正極多孔電極梯形下底邊一側(cè)設(shè)有電解液進(jìn)液流道，靠近正極多孔電極梯形上底邊一側(cè)設(shè)有電解液出液流道，電解液從正極多孔電極梯形下底邊一側(cè)流入經(jīng)正極多孔電極后從正極多孔電極梯形上底邊一側(cè)流出；
[0005]負(fù)極多孔電極置于負(fù)極液流框內(nèi)，于負(fù)極液流框上、靠近負(fù)極多孔電極梯形下底邊一側(cè)設(shè)有電解液進(jìn)液流道，靠近負(fù)極多孔電極梯形上底邊一側(cè)設(shè)有電解液出液流道，電解液從負(fù)極多孔電極梯形下底邊一側(cè)流入經(jīng)負(fù)極多孔電極后從負(fù)極多孔電極梯形上底邊一側(cè)流出。
[0006]一種多梯形電池，包括依次順序疊合的端板、集流板、(雙)極板、正極多孔電極、正極液流框、離子交換膜、負(fù)極液流框、負(fù)極多孔電極、(雙)極板、集流板、端板，其特征在于:所述正極多孔電極和負(fù)極多孔電極均由二個以上的梯形的平板電極構(gòu)成；
[0007]二個以上的正極多孔電極按從左至右的順序依次平鋪于正極液流框內(nèi)，且相鄰正極多孔電極間設(shè)有防止電解液串流的擋板，且從左至右的單數(shù)正極多孔電極下底邊向下放置、雙數(shù)正極多孔電極下底邊向上放置；于正極液流框上、靠近正極多孔電極梯形下底邊一側(cè)設(shè)有電解液進(jìn)液流道，靠近正極多孔電極梯形上底邊一側(cè)設(shè)有電解液出液流道，電解液從正極多孔電極梯形下底邊一側(cè)流入經(jīng)正極多孔電極后從正極多孔電極梯形上底邊一側(cè)流出；
[0008]二個以上的負(fù)極多孔電極按從左至右的順序依次平鋪于負(fù)極液流框內(nèi)，且相鄰負(fù)極多孔電極間設(shè)有防止相鄰負(fù)極多孔電極間電解液串流的擋板，且從左至右的單數(shù)負(fù)極多孔電極下底邊向下放置、雙數(shù)負(fù)極多孔電極下底邊向上放置；于負(fù)極液流框上、靠近負(fù)極多孔電極梯形下底邊一側(cè)設(shè)有電解液進(jìn)液流道，靠近負(fù)極多孔電極梯形上底邊一側(cè)設(shè)有電解液出液流道，電解液從負(fù)極多孔電極梯形下底邊一側(cè)流入經(jīng)負(fù)極多孔電極后從負(fù)極多孔電極梯形上底邊一側(cè)流出。
[0009]一種單梯形電池和/或多梯形電池構(gòu)成的電堆，其是由二節(jié)以上上述的梯形電池串聯(lián)而成；
[0010]包括依次順序疊合的端板、集流板，(雙)極板、正極多孔電極、正極液流框、離子交換膜、負(fù)極液流框、負(fù)極多孔電極、……、(雙)極板、正極多孔電極、正極液流框、離子交換膜、負(fù)極液流框、負(fù)極多孔電極，(雙)極板、集流板、端板。其中:“……”處表示:(雙)極板、正極多孔電極、正極液流框、離子交換膜、負(fù)極液流框、負(fù)極多孔電極為重復(fù)單元。
[0011 ] 本實用新型有益技術(shù)效果及創(chuàng)新點
[0012]正極電解液和負(fù)極電解液均通過各自的電解液進(jìn)口以一定的流量流入(單/多)梯形液流電池，并進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)完成后，由各自的電解液出口流出。由于(單/多)梯形液流電池進(jìn)口橫截面積較出口橫截面積大，進(jìn)口處的電解液流速較出口處小。利用上述(單/多)梯形液流電池充放電，電解液以較小的流速進(jìn)入(單/多)梯形液流電池，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物濃度逐漸降低，但是由于(單/多)梯形液流電池的反應(yīng)區(qū)域由進(jìn)口到出口逐漸減小，所需要參與反應(yīng)的反應(yīng)量也隨之減小，并且電解液流量一定，由進(jìn)口到出口的流速逐漸增加，提高了反應(yīng)物料的供應(yīng)速率，可以及時補(bǔ)充近出口所需的反應(yīng)量，因此可以提高電池內(nèi)的反應(yīng)均勻性，降低電池內(nèi)濃差極化，提高電池效率。
[0013]進(jìn)液端流通截面積大，出液端流通截面積??；在相同流量的條件下，進(jìn)液速度小，出液速度大，可克服由進(jìn)液口電解液濃度高，出液口電解液濃度低造成的濃度梯度大的缺點，提高進(jìn)出液口電解液濃度均勻性，降低濃差極化，提高電池電壓效率，增加電解液充放電時間，提高電解液利用率，提高電池能量密度；進(jìn)而降低電池系統(tǒng)成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1單梯形電池的正負(fù)極液流框示意圖
[0015]圖2多梯形(2個梯形為例)電池的正負(fù)極液流框示意圖
[0016]圖3多梯形(2個梯形為例)電池與電堆裝配示意圖
[0017]符號說明
[0018]正單梯形正極液流框-1，正極電極置放區(qū)_4，正極進(jìn)液口 -5，正極進(jìn)液導(dǎo)流流道_6，正極出液導(dǎo)流流道_7，正極出液口 -8，單梯形負(fù)極液流框_3，負(fù)極電極置放區(qū)_9，負(fù)極進(jìn)液口 -10，負(fù)極進(jìn)液導(dǎo)流流道-11，負(fù)極出液導(dǎo)流流道-12，負(fù)極出液口 -13，多梯形正極液流框-14，正極電極置放區(qū)1-15，正極電極置放區(qū)2-16，多梯形正極進(jìn)液口 -17、18，多梯形正極進(jìn)液導(dǎo)流流道_19、20，多梯形正極出液導(dǎo)流流道_21、22，多梯形正極出液口 -23、24，多梯形負(fù)極液流框-15，負(fù)極電極置放區(qū)1-33，負(fù)極電極置放區(qū)2-34，多梯形負(fù)極進(jìn)液口 _25、26，多梯形負(fù)極進(jìn)液導(dǎo)流流道_27、28，多梯形負(fù)極出液導(dǎo)流流道_29、30，多梯形負(fù)極出液口 -31、32，正極電極-35，負(fù)極電極-36，雙極板-37。

【具體實施方式】
[0019]根據(jù)圖1，對于單梯形液流電池:
[0020]正極多孔電極置于單梯形正極液流框-1的正極電極置放區(qū)-4內(nèi)，于單梯形正極液流框-1上、靠近正極電極梯形下底邊(長邊)一側(cè)設(shè)有正極電解液進(jìn)液流道，正極電解液進(jìn)液流道包括正極進(jìn)液口 -5和正極進(jìn)液導(dǎo)流流道-6 ;靠近正極電極梯形上底邊(短邊)一側(cè)設(shè)有正極電解液出液流道，正極電解液出液流道包括正極出液導(dǎo)流流道-7和正極出液口 -8 ;正極電解液從正極進(jìn)液口 -5流入，經(jīng)正極進(jìn)液導(dǎo)流流道-6流至多孔電極，通過多孔電極的電解液經(jīng)正極出液導(dǎo)流流道-7匯集至正極出液口 -8，正極電解液由正極出液口 -8流出。
[0021]負(fù)極多孔電極置于單梯形負(fù)極液流框-3的負(fù)極電極置放區(qū)-9內(nèi)，于單梯形負(fù)極液流框-3上、靠近負(fù)極電極梯形下底邊(長邊)一側(cè)設(shè)有負(fù)極電解液進(jìn)液流道,負(fù)極電解液進(jìn)液流道包括負(fù)極進(jìn)液口 -10和負(fù)極進(jìn)液導(dǎo)流流道-11 ;靠近負(fù)極電極梯形上底邊(短邊)一側(cè)設(shè)有負(fù)極電解液出液流道，負(fù)極電解液出液流道包括負(fù)極出液導(dǎo)流流道-12和負(fù)極出液口 -13 ;負(fù)極電解液從負(fù)極進(jìn)液口 -10流入，經(jīng)負(fù)極進(jìn)液導(dǎo)流流道-11流至多孔電極，通過多孔電極的電解液經(jīng)負(fù)極出液導(dǎo)流流道-12匯集至負(fù)極出液口 -13，負(fù)極電解液由負(fù)極出液口 -13流出。
[0022]正極電解液和負(fù)極電解液均通過各自的進(jìn)液口(5和10)以一定的流量流入單梯形液流電池，并進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)完成后，由各自的出液口(8和13)流出。由于單梯形液流電池電極區(qū)的進(jìn)口橫截面積較出口橫截面積大，進(jìn)口截面處的電解液流速較出口截面處小。利用上述單梯形液流電池充放電，電解液在電極區(qū)內(nèi)以較小的流速進(jìn)入單梯形液流電池，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物濃度逐漸降低，但是由于單梯形液流電池的反應(yīng)區(qū)域(電極區(qū))由進(jìn)口截面到出口截面逐漸減小，所需要參與反應(yīng)的反應(yīng)量也隨之減小，并且電解液流量一定，由進(jìn)口截面到出口截面的流速逐漸增加，提高了反應(yīng)物料的供應(yīng)速率，可以及時補(bǔ)充近出口截面所需的反應(yīng)量，因此可以提高電池內(nèi)的反應(yīng)均勻性，降低電池內(nèi)濃差極化，提高電池效率。
[0023]根據(jù)圖2，對于多梯形(2個梯形)液流電池:
[0024]正極多孔電極置于多梯形正極液流框-14的正極電極置放區(qū)1-15和正極電極置放區(qū)2-16內(nèi)，于多梯形正極液流框-14上、靠近正極電極各個梯形下底邊(長邊)一側(cè)設(shè)有正極電解液進(jìn)液流道，正極電解液進(jìn)液流道包括多梯形正極進(jìn)液口 _17、18和多梯形正極進(jìn)液導(dǎo)流流道_19、20 ;靠近正極電極各個梯形上底邊(短邊)一側(cè)設(shè)有正極電解液出液流道，正極電解液出液流道包括多梯形正極出液導(dǎo)流流道_21、22和多梯形正極出液口 -23、24 ;正極電解液從多梯形正極進(jìn)液口 -17、18流入，經(jīng)多梯形正極進(jìn)液導(dǎo)流流道_19、20流至多孔電極，通過多孔電極的電解液經(jīng)多梯形正極出液導(dǎo)流流道_21、22匯集至多梯形正極出液口 _23、24，正極電解液由多梯形正極出液口 _23、24流出。
[0025]負(fù)極多孔電極置于多梯形負(fù)極液流框-15的負(fù)極電極置放區(qū)1-33和負(fù)極電極置放區(qū)2-34內(nèi)，于多梯形負(fù)極液流框-15上、靠近負(fù)極電極各個梯形下底邊(長邊)一側(cè)設(shè)有負(fù)極電解液進(jìn)液流道，負(fù)極電解液進(jìn)液流道包括多梯形負(fù)極進(jìn)液口 _25、26和多梯形負(fù)極進(jìn)液導(dǎo)流流道_27、28 ;靠近負(fù)極電極各個梯形上底邊(短邊)一側(cè)設(shè)有負(fù)極電解液出液流道，負(fù)極電解液出液流道包括多梯形負(fù)極出液導(dǎo)流流道_29、30和多梯形負(fù)極出液口 -31、32 ;負(fù)極電解液從多梯形負(fù)極進(jìn)液口 _25、26流入，經(jīng)多梯形負(fù)極進(jìn)液導(dǎo)流流道_27、28流至多孔電極，通過多孔電極的電解液經(jīng)多梯形負(fù)極出液導(dǎo)流流道_29、30匯集至多梯形負(fù)極出液口 _31、32，負(fù)極電解液由多梯形負(fù)極出液口 _31、32流出。
[0026]正極電解液和負(fù)極電解液均通過各自的進(jìn)液口(17、18和25、26)以一定的流量流入多梯形液流電池，并進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)完成后，由各自的出液口(23、24和31、32)流出。由于多梯形液流電池電極區(qū)的進(jìn)口橫截面積較出口橫截面積大，進(jìn)口截面處的電解液流速較出口截面處小。利用上述多梯形液流電池充放電，電解液在電極區(qū)內(nèi)以較小的流速進(jìn)入多梯形液流電池，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物濃度逐漸降低，但是由于多梯形液流電池的反應(yīng)區(qū)域(電極區(qū))由進(jìn)口截面到出口截面逐漸減小，所需要參與反應(yīng)的反應(yīng)量也隨之減小，并且電解液流量一定，由進(jìn)口截面到出口截面的流速逐漸增加，提高了反應(yīng)物料的供應(yīng)速率，可以及時補(bǔ)充近出口截面所需的反應(yīng)量，因此可以提高電池內(nèi)的反應(yīng)均勻性，降低電池內(nèi)濃差極化，提高電池效率。
[0027]根據(jù)圖3，多梯形液流電池電堆是由多個上述的單/多梯形液流電池疊合而成，電解液在整體上的流通方式與傳統(tǒng)液流電池電堆相同，單電池內(nèi)的電解液流通方式與上述單/多梯形液流電池內(nèi)的電解液流通方式相同。
【權(quán)利要求】
1.一種單梯形液流電池，包括依次順序疊合的端板、集流板、極板或雙極板、正極多孔電極、正極液流框、離子交換膜、負(fù)極液流框、負(fù)極多孔電極、極板或雙極板、集流板、端板，其特征在于:所述正極多孔電極和負(fù)極多孔電極均為梯形的平板電極； 正極多孔電極置于正極液流框內(nèi)，于正極液流框上、靠近正極多孔電極梯形下底邊一側(cè)設(shè)有電解液進(jìn)液流道，靠近正極多孔電極梯形上底邊一側(cè)設(shè)有電解液出液流道，電解液從正極多孔電極梯形下底邊一側(cè)流入經(jīng)正極多孔電極后從正極多孔電極梯形上底邊一側(cè)流出； 負(fù)極多孔電極置于負(fù)極液流框內(nèi)，于負(fù)極液流框上、靠近負(fù)極多孔電極梯形下底邊一側(cè)設(shè)有電解液進(jìn)液流道，靠近負(fù)極多孔電極梯形上底邊一側(cè)設(shè)有電解液出液流道，電解液從負(fù)極多孔電極梯形下底邊一側(cè)流入經(jīng)負(fù)極多孔電極后從負(fù)極多孔電極梯形上底邊一側(cè)流出。
2.一種多梯形液流電池，包括依次順序疊合的端板、集流板、極板或雙極板、正極多孔電極、正極液流框、離子交換膜、負(fù)極液流框、負(fù)極多孔電極、極板或雙極板、集流板、端板，其特征在于:所述正極多孔電極和負(fù)極多孔電極均由二個以上的梯形的平板電極構(gòu)成； 二個以上的正極多孔電極按從左至右的順序依次平鋪于正極液流框內(nèi)，且相鄰正極多孔電極間設(shè)有防止電解液串流的擋板，且從左至右的單數(shù)正極多孔電極下底邊向下放置、雙數(shù)正極多孔電極下底邊向上放置；于正極液流框上、靠近正極多孔電極梯形下底邊一側(cè)設(shè)有電解液進(jìn)液流道，靠近正極多孔電極梯形上底邊一側(cè)設(shè)有電解液出液流道，電解液從正極多孔電極梯形下底邊一側(cè)流入經(jīng)正極多孔電極后從正極多孔電極梯形上底邊一側(cè)流出； 二個以上的負(fù)極多孔電極按從左至右的順序依次平鋪于負(fù)極液流框內(nèi)，且相鄰負(fù)極多孔電極間設(shè)有防止相鄰負(fù)極多孔電極間電解液串流的擋板，且從左至右的單數(shù)負(fù)極多孔電極下底邊向下放置、雙數(shù)負(fù)極多孔電極下底邊向上放置；于負(fù)極液流框上、靠近負(fù)極多孔電極梯形下底邊一側(cè)設(shè)有電解液進(jìn)液流道，靠近負(fù)極多孔電極梯形上底邊一側(cè)設(shè)有電解液出液流道，電解液從負(fù)極多孔電極梯形下底邊一側(cè)流入經(jīng)負(fù)極多孔電極后從負(fù)極多孔電極梯形上底邊一側(cè)流出。
3.一種單梯形液流電池和/或多梯形液流電池構(gòu)成的電堆，其是由二節(jié)以上權(quán)利要求1和/或權(quán)利要求2中的梯形電池串聯(lián)而成。
【文檔編號】H01M4/86GK204130632SQ201420556074
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】張華民, 鄭瓊, 邢楓 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所