[发明专利]一种液流半电池和具有其的液流电池堆

说明书

技术领域

本发明涉及液流电池的设计领域，具体而言，涉及一种液流半电池和具有其的液流电池堆。

背景技术

全钒氧化还原液流电池是一种以不同价态的钒离子电解液进行氧化还原的电化学反应装置，能够高效地实现化学能与电能之间的相互转化。该类电池具有使用寿命长，能量转化效率高，安全性好，环境友好等优点，能用于风能发电和光伏发电配套的大规模储能系统，是电网削峰填谷、平衡负载的主要选择之一。因此，近年来全钒氧化还原液流电池逐渐成为大容量储能电池研究的重点。

全钒氧化还原液流电池分别以钒离子V²⁺/V³⁺和V⁴⁺/V⁵⁺作为电池的正负极氧化还原电对，将正负极电解液分别存储于两个储液罐中，由耐酸液体泵驱动活性电解液至反应场所（电池堆）再回至储液罐中形成循环液流回路，以实现充放电过程。在全钒氧化还原液流电池储能系统中，电池堆性能的好坏决定着整个系统的充放电性能，尤其是充放电功率及效率。电池堆是由多片单电池依次叠放压紧，串联而成。其中，单片液流电池的组成如图1所示。1’为液流框，2’为双极板，3’为多孔电极，4’为离子交换膜，各组件组成单片的液流电池。

现有的液流电池堆内部电解液的流动一般靠多孔电极的渗透传质，这种电解液的流动方式一方面导致电池堆内液流压差很大，泵消耗过高，从而使液流电池系统效率降低；另一方面，电池堆内部电解液流动不均匀、浓差极化较大，造成电堆内部损耗，从而使电池的电压效率降低。

发明内容

本发明旨在提供一种液流半电池和具有其的液流电池堆，改善了电解液在电极内部流动的均匀性。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种液流半电池，液流半电池包括：液流框，具有边框和由边框形成的电极容纳腔；多孔电极，嵌设在液流框的电极容纳腔内，多孔电极具有供电解液流动的第一流道；双极板，设置在液流框的一侧且与多孔电极组平行，双极板与边框对应的位置具有电解液导流入口和电解液导流出口，且双极板的朝向多孔电极的表面上具有供电解液流动的第二流道，电解液导流入口和电解液导流出口与第二流道相连通。

进一步地，上述第一流道贯穿多孔电极的厚度方向，第二流道的深度小于或等于双极板的厚度的/。

进一步地，上述第二流道包括相互平行的进液流道和出液流道，进液流道与电解液导流入口相连通，出液流道与电解液导流出口相连通，第一流道与进液流道和/或出液流道相连通。

进一步地，上述进液流道和出液流道沿多孔电极的边缘延伸，且第一流道的延伸方向与进液流道和出液流道的延伸方向垂直，第一流道的一端具有开口。

进一步地，相邻上述第一流道的开口方向相反，朝向进液流道开口的第一流道与进液流道相连通，朝向出液流道开口的第一流道与出液流道相连通。

进一步地，上述第一流道包括靠近出液流道的一端具有开口的第一开口流道；上述第二流道还包括与第一流道平行的分液流道，分液流道与进液流道相连通，第一流道与分液流道交错排布。

进一步地，上述第一流道还包括靠近进液流道的一端具有开口的第二开口流道，第一开口流道与第二开口流道交叉排布；上述第二流道还包括与分液流道平行的集液流道，集液流道与出液流道相连通，集液流道与分液流道交叉排布并与第一流道交错排布。

进一步地，上述第一流道与第二流道之间具有在多孔电极与双极板的叠置方向上重合的重合段以形成使电解液连续流动的流场。

进一步地，上述第二流道的进液流道和出液流道的延伸方向与多孔电极边缘的延伸方向相同，第二流道还包括一个或多个连接流道，各连接流道包括：第一连接流道，与进液流道相连通；和/或第二连接流道，与出液流道相连通；第一流道与各连接流道的衔接处均具有重合段，重合段与相应的第一流道、连接流道形成流场的连接流场。

进一步地，上述各连接流道还包括中间流道，中间流道设置在第一连接流道与第二连接流道之间，中间流道通过重合段、第一流道和与其对应的第一连接流道、第二连接流道连通。

进一步地，上述连接流道、重合段以及第一流道相互连通呈蛇形。

进一步地，上述连接流场为一个，连接流场沿双极板的几何中心呈中心对称设置；上述连接流场为多个，连接流场沿进液流道和出液流道的延伸方向依次排布，且各连接流场的重合段沿与进液流道的延伸方向垂直的方向对正排布或交错排布。