[发明专利]电极组件以及电解质分布得到改进的液流电池

说明书

本申请涉及电极组件以及电解质分布得到改进的液流电池。本发明披露了一种用于液流电池的电极组件，所述电极组件包括多孔电极材料、围绕所述多孔电极材料的框架、嵌入在所述多孔电极材料中的具有用于将电解质供应到所述多孔电极材料的入口的至少一个分配管、以及嵌入在所述多孔电极材料中的具有用于将电解质从所述多孔材料排出的出口的至少另一个分配管。所述分配管的所述壁优选地设置有孔或孔隙，以允许所述电解质均匀地分布在所述电极材料内。所述分配管在所述电极材料内提供所需的电解质流动路径长度，以最小化在所述电池组的所述液流电池单元之间流动的分路电流。

本申请是申请日为2016年11月15日，申请号为201680066397.1，发明名称为“电极组件以及电解质分布得到改进的液流电池”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于液流电池的电极组件，该电极组件具有允许电极材料内改进的电解质分布的构造，并且涉及包括此类电极组件的液流电池。

背景技术

液流电池又被称为氧化还原液流电池，将电能转换为化学能，化学能可以被储存，然后当有需求时被转换为电能释放。

液流电池因使用参与可逆电化学反应的液体电解质而不同于其他电化学装置，例如燃料电池。燃料电池使用气体燃料产生能量，它们不储存能量，而液流电池不产生任何能量，它们储存和释放能量。这是燃料电池和液流电池之间的基本区别，但是这两种类型的电化学电池之间存在许多其他差异，在此对其中一些差异进行进一步描述。

基本液流电池，诸如图1中由附图标记10展示的基本液流电池包括氧化还原液流电池单元11，该氧化还原液流电池单元具有由隔膜16分开的负电极12和正电极14。将负极液体电解质17从储罐18输送到负电极，并且将正极液体电解质19从储罐20输送到正电极，以推动电化学可逆的氧化还原反应。隔膜可以是微孔隔膜或离子交换膜，该隔膜将电极分开并防止电解质混合，但允许所选择的离子穿过以完成氧化还原反应。如图所示，液流电池包括第一集电板22和第二集电板24，该第一集电板和该第二集电板各自分别被安排成与多孔电极12和多孔电极14相邻。多孔电极由相对于液体电解质17和液体电解质19具有导电性和催化活性并且优选地耐腐蚀的材料构成。集电板优选地由在液流电池单元内的高度酸性环境中高度导电且化学稳定的材料制成。集电板联接到导体26和导体28，这些导体或通过电源30(用于充电)或经由电开关34至电力负载32(用于放电)而形成回路。

图1中的正电极和负电极通过隔膜与液流电池单元11分开。液流电池组通常包括不止一个液流电池单元，这取决于液流电池的设计容量，并且两个相邻的液流电池单元通过双极板分开。在运行时，液体电解质17和19被输送至液流电池单元组，以将电能转换成化学能或将化学能转换成电能，通过电连接至电力负载可以释放电能。

在一些液流电池中，每种电解质完全穿过多孔电极从每个电池单元的入口流至出口。在这种类型的液流电池中，由于穿过电极的多孔材料的流动阻力，电解质流可能发生高压降。在其他液流电池中，液体电解质流经设置在双极板任一侧的通道，并扩散到相邻的电极中。这种类型的设计提供较少的压降，因为电解质不受限制地流经流动通道，但由于电解质不均匀地分布到电极中，因此性能相对较低。

在双极板中设置有流场通道的一些液流电池通过改变流场的设计来解决这个问题，试图实现电解质在电极内相对均匀的分布并防止电极中的任何电解质浓度梯度。

例如，为了解决这个问题，美国专利申请号20120244395描述了具有叉指状通道的流场，所述叉指状通道的出口或入口被至少部分地阻塞，从而迫使电解质在通道的肋下流经液体多孔电极。据称，如上所述，迫使液体电解质在肋下流经电极相比像在一些液流电池的流经安排中那样完全流经电极提供了较低的压降，并且具有增强电解质暴露于电极下的益处。