一种液流电池中单电池的电极框结构及单电池及电堆.pdf

本发明公开了一种液流电池中单电池的电极框结构及单电池及电堆，电堆结构按照盖板-端板-集流板-若干单电池-集流板-分流板-集流板-若干单电池-集流板-端板-盖板的顺序组合而成，并且两端的盖板通过紧固件进行机械紧固；电极框组件包括膜框与电极框，采用密封条或卡扣或两者结合方式密封，膜框结构在装配过程中对离子膜的物理结构稳定性起到了很大的改善作用，且便于电堆装配，提高了电堆模块的稳定性；膜框与电极框一体化设计优化了流场分布、减小了膜与电极之间的接触电阻，提高了电池效率。电堆由N个半堆组成，可提高单堆的功率、有效的保证主管路电解液的分配均一性，对于电堆的装配起到半堆预装和预检的效果，方便电堆的维护。

权利要求书1.  一种液流电池中单电池的电极框结构，所述电极框包括电极框板、双 极板、电极材料和密封条，所述密封条包括双极板密封条和电极框密封条， 其特征在于， 所述双极板和所述电极框板之间通过密封方式结合，所述电极框结构按 照电极材料-双极板密封条-双极板-双极板密封条-密封条-电极框密封条-电极 框板-电极框密封条-电极材料的顺序组合而成。 2.  根据权利要求1所述的单电池的电极框结构，其特征在于，所述电极 材料的材质可以为碳毡、石墨毡、纳米碳纤维或者其他复合材料；所述电极 框板的材质为PP、PE、PVC、PVDF或其他高分子材料。 3.  根据权利要求1所述的单电池的电极框结构，其特征在于，所述电极 框为矩形结构，所述电极框上分布有进液口、出液口和流道，进液口和出液 口分布于所述电极框的对角位置处，流道位于进液口和出液口所在的所述电 极框的两边。 4.  根据权利要求1所述的单电池的电极框结构，其特征在于，密封条的 材料为硅橡胶、氟橡胶、三元乙丙胶或者其他具有密封性和弹性的材料；所 述双极板的材质为导电塑料板、纳米碳纤维或其他复合材料。 5.  一种单电池，其特征在于， 所述单电池由所述电极框和膜框组合而成，所述电极框与所述膜框组成 液流框组件； 所述膜框由膜板、膜和密封条组成，所述膜框按照膜板-膜-密封条-膜板 的顺序组合而成。 6.  根据权利要求5所述的单电池结构，其特征在于，所述膜为离子膜， 所述膜和所述膜板之间通过密封件结合。 7.  根据权利要求5所述的单电池结构，其特征在于，所述膜框为矩形结 构，所述膜框上分布有进液口和出液口，进液口和出液口分布于所述膜框的 对角位置处。 8.  一种电堆组件，其特征在于， 所述电堆组件包括盖板、端板、集流板、分流板和半堆组成，半堆个数 N(1≦N≦8)，所述半堆由M(1≦M≦40)个单电池组成； 所述电堆结构按照盖板-端板-集流板-若干单电池-集流板-分流板-集流板 -若干单电池-集流板-端板-盖板的顺序组合而成，并且两端的所述盖板通过紧 固件进行机械紧固。 9.  根据权利要求8所述的电堆结构，其特征在于，所述盖板、所述端板 和所述分流板的材料为环氧树脂类高分子材料或合金类金属材料。 10.  根据权利要求8所述的电堆结构，其特征在于，所述集流板的材料 为铜、银、铝等金属材料或导电高分子材料。

说明书一种液流电池中单电池的电极框结构及单电池及电堆
技术领域
本发明涉及一种液流电池的技术领域，尤其涉及一种液流电池中单电池 的电极框结构及单电池及电堆。
背景技术
液流电池(flow redox battery或redox flow battery)是一种新型的大 型电化学储能电池，它不同于通常使用固体材料电极或气体电极的电池，其 活性物质是流动的电解质溶液，正负极电解液分开各自循环，其最显著特点 是规模化蓄电且功率与容量可独立设计。液流电池是一种高性能蓄电池，具 有容量高、使用领域(环境)广、循环使用寿命长等特点。在广泛利用可再 生能源的呼声高涨形势下，液流电池作为一种储能产品将迎来一个快速发展 的时期。
液流电池电堆模块由盖板、端板、集流体、单元电池、集流体、端板、 盖板依次组合而成，单元电池为其核心单元，是电池的功率组件；液流框是 单元电池的关键部件，是电化学活性物质电化学反应的场所，是解决电池内 密封的关键部件，因此液流框组件、单元电池对于液流电池电堆具有重要的 结构和功能意义。目前常见的单元电池设计，中国专利文献(公开号： CN101651220)公开了发明专利《一种高度密封的液流电池》，提供了一种液 流电池单元电池设计方案。中国专利文献(公开号：CN101651220)公开了发 明专利《一种高度密封的液流电池》，提供了一种液流电池单元电池设计方案， 但其采用高分子材料粘结密封，在电堆长时间运行过程中，高分子材料易老 化致使电堆出现漏液问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种液流电池中单电池的电极框结构及单电池及 电堆，以解决现有电池在电堆长时间运行过程中，高分子材料易老化致使电 堆出现漏液的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种液流电池中单电池的电极框结构，所述电极框包括电极框板、双极 板、电极材料和密封条，所述密封条包括双极板密封条和电极框密封条，其 中，
所述双极板和所述电极框板之间通过密封方式结合，所述电极框结构按 照电极材料-双极板密封条-双极板-双极板密封条-密封条-电极框密封条-电极 框板-电极框密封条-电极材料的顺序组合而成。
上述单电池的电极框结构，其中，所述电极材料的材质可以为碳毡、石 墨毡、纳米碳纤维或者其他复合材料；所述电极框板的材质为PP、PE、PVC、 PVDF或其他高分子材料。
上述单电池的电极框结构，其中，所述电极框为矩形结构，所述电极框 上分布有进液口、出液口和流道，进液口和出液口分布于所述电极框的对角 位置处，流道位于进液口和出液口所在的所述电极框的两边。
上述单电池的电极框结构，其中，密封条的材料为硅橡胶、氟橡胶、三 元乙丙胶或者其他具体密封性和弹性的材料；所述双极板的材质为导电塑料 板、纳米碳纤维或其他复合材料。
一种单电池，其中，
所述单电池由所述电极框和膜框组合而成，所述电极框与所述膜框组成 液流框组件；
所述膜框由膜板、膜和密封条组成，所述膜框按照膜板-膜-密封条-膜板 的顺序组合而成。
上述单电池，其中，所述膜为离子膜，所述膜和所述膜板之间通过上述 密封方式结合。
上述单电池，其中，所述膜框为矩形结构，所述膜框上分布有进液口和 出液口，进液口和出液口分布于所述膜框的对角位置处。
一种电堆组件，其中，
所述电堆组件包括盖板、端板、集流板、分流板和半堆组成，半堆个数 N(1≦N≦8)，所述半堆由M(1≦M≦40)个单电池组成；
所述电堆结构按照盖板-端板-集流板-若干单电池-集流板-分流板-集流板 -若干单电池-集流板-端板-盖板的顺序组合而成，并且两端的所述盖板通过紧 固件进行机械紧固。
上述电堆，其中，所述盖板、所述端板和所述分流板的材料为环氧树脂 类高分子材料或合金类金属材料。
上述电堆，其中，所述集流板的材料为铜、银、铝等金属材料或导电高 分子材料。
本发明由于采用了上述技术，产生的积极效果是：
本发明中的电极框组件包括膜框与电极框，采用密封条或卡扣或两者结 合方式密封，膜框结构在装配过程中对离子膜的物理结构稳定性起到了很大 的改善作用，且便于电堆装配，提高了电堆模块的稳定性；膜框与电极框一 体化设计优化了流场分布、减小了膜与电极之间的接触电阻，提高了电池效 率。电堆由N个半堆组成，可提高单堆的功率、有效的保证主管路电解液的 分配均一性，对于电堆的装配起到半堆预装和预检的效果，方便电堆的维护。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的 示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在 附图中：
图1为本发明的一种液流电池中单电池的电极框结构及单电池及电堆中 电极框的爆炸图；
图2为本发明的一种液流电池中单电池的电极框结构及单电池及电堆中 膜框的爆炸图；
图3为本发明的一种液流电池中单电池的电极框结构及单电池及电堆中 单电池的爆炸图；
图4为本发明的一种液流电池中单电池的电极框结构及单电池及电堆中 的电堆结构的爆炸图；
图5为本发明的一种液流电池中单电池的电极框结构及单电池及电堆中 的电堆结构的立体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的 限定。
实施例
请结合图1至图5所示，本发明的一种液流电池中单电池的电极框结构， 电极框包括电极框板、双极板、电极材料和密封条，密封条包括双极板密封 条和电极框密封条，其中，
双极板和电极框板之间通过密封方式结合，电极框结构按照电极材料- 双极板密封条-双极板-双极板密封条-密封条-电极框密封条-电极框板-电极框 密封条-电极材料的顺序组合而成。
本发明在上述基础上还具有以下实施方式，请继续参见图1至图5所示，
本发明的进一步实施例中，电极材料的材质可以为碳毡、石墨毡、纳米 碳纤维或者其他复合材料；电极框板的材质为PP、PE、PVC、PVDF或其他 高分子材料。
本发明的进一步实施例中，电极框为矩形结构，电极框上分布有进液口、 出液口和流道，进液口和出液口分布于电极框的对角位置处，流道位于进液 口和出液口所在的电极框的两边。
本发明的进一步实施例中，密封条的材料为硅橡胶、氟橡胶、三元乙丙 胶或者其他具体密封性和弹性的材料；双极板的材质为导电塑料板、纳米碳 纤维或其他复合材料。
本实施例中还包括一种单电池，其中，
单电池由电极框和膜框组合而成，电极框与膜框组成液流框组件；
膜框由膜板、膜和密封条组成，膜框按照膜板-膜-密封条-膜板的顺序组 合而成。
本发明的进一步实施例中，膜为离子膜，膜和膜板之间通过密封方式结 合。
本发明的进一步实施例中，膜框为矩形结构，膜框上分布有进液口和出 液口，进液口和出液口分布于膜框的对角位置处。
本发明的实施例中还包括一种电堆组件，其中，
电堆组件包括盖板、端板、集流板、分流板和半堆组成，半堆由15个单 电池组成；
电堆结构按照盖板-端板-集流板-若干单电池-集流板-分流板-集流板-若 干单电池-集流板-端板-盖板的顺序组合而成，并且两端的盖板通过紧固件进 行机械紧固。
本发明的进一步实施例中，盖板、端板和分流板的材料为环氧树脂。
本发明的进一步实施例中，集流板的材料为铜、银、铝等金属材料或导 电高分子材料。
使用者可根据以下说明进一步的认识本发明的特性及功能，
本发明目的是提出一种液流电池中单电池的电极框结构及单电池及电 堆，能有效提高电池密封，提供了液流电池串液、漏液的解决方案，减少了 液流电池的漏电电流，增强了液流电池的进液均匀性，且结构简单易维护。
如图3所示，液流框组件其特征在于包括电极框1与膜框2。电极框1 与膜框2均为矩形结构，其尺寸为600mm×520mm。
如图1所示，电极框1由双极板15与电极框板16组成；双极板15与电 极框板16之间采用密封条12、13、14或卡扣或两者结合方式密封；电极框 1上分布有进液口、出液口及流道，且进液口、出液口分布于矩形电极框的 对角位置，流道位于进液口、出液口所在的矩形电极框1的两边，起到了分 配电解液的作用；同时构成电池的正负极空间，在此空间内，放置电极材料 11。
如图2所示，膜框2由两膜板21中间放置一张离子膜22构成，离子膜 与膜板框采用密封条23或卡扣或两者结合方式密封；膜框2上分布有进液口、 出液口，且进液口、出液口分布于矩形膜框2的对角位置。
电极材料11可为碳毡、石墨毡、纳米碳纤维等复合材料；电极框板16、 膜板21材质可为PP、PE、PVC、PVDF等高分子材料；密封条12、13、14、 23可为硅橡胶、氟橡胶、三元乙丙胶等材质，双极板15可为导电塑料板、 纳米碳纤维等复合材料。
单电池由电极框1与膜框2组成，电堆由N(1≤N≤8)个半电堆(半堆由 若干个单电池组成)组成，半电堆组件依次为集流板6、M(1≤M≤40)个单电 池5、集流板6；
如图4和图5所示，电堆组件依次由端板8、盖板7、半电堆10、分流 板4、半电堆20、盖板7、端板8组成；集流板6可采用铜、银、铝等金属 材料或导电高分子材料制成，分流板4、端板7、盖板8可采用环氧树脂等高 分子材料制成，且分流板4与端板7的对角位置分布有两个进液口、两个出 液口；电堆采用层状堆叠压紧方式组装且依次采用紧固件30机械密封。
综上所述，本发明中的电极框组件包括膜框与电极框，采用密封条或卡 扣或两者结合方式密封，膜框结构在装配过程中对离子膜的物理结构稳定性 起到了很大的改善作用，且便于电堆装配，提高了电堆模块的稳定性；膜框 与电极框一体化设计优化了流场分布、减小了膜与电极之间的接触电阻，提 高了电池效率。电堆由N个半堆组成，可提高单堆的功率、有效的保证主管 路电解液的分配均一性，对于电堆的装配起到半堆预装和预检的效果，方便 电堆的维护。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及 保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书 及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含 在本发明的保护范围内。