[发明专利]一种双极板上具有二分叉指型结构的液流电池流道

说明书

本发明涉及液流电池技术领域，具体为一种双极板上具有二分叉指型结构的液流电池流道。利用逐级二分的方式将电解液从入口逐级均匀分配至流道各子单元的进液流道，同样以二分的方式将出液流道的电解液逐级收集至出口。进液支流道和出液支流道呈叉指状交替排列分布且互不连通，以强迫电解液从进液支流道进入多孔电极，再流入出液支流道排出。本发明的二分叉指型流道将电解液均匀地分布在各个支流道中，一方面保证了活性物质供给的均匀性，另一方面减小了压降和泵功损耗，既有利于保证系统的密封性，也可以进一步提高电解液的流量，进而减小传质损失，提升电池电压效率及系统效率。本发明适用于不同尺寸的液流电池，且电池尺寸越大，其效果越明显。

技术领域

本发明涉及液流电池技术领域，具体为一种双极板上具有二分叉指型结构的液流电池流道。

背景技术

近年来，随着化石能源的日渐枯竭和生态环境的逐渐恶化，大力发展以风能、太阳能为代表的新能源技术成为社会可持续发展的必然选择。但是风能、太阳能的获取不稳定，直接并入电网会严重影响电网的安全稳定运行。大规模储能系统可以有效解决新能源发电的这一问题，减小对电网的冲击。

液流电池具有扩展性良好、效率高、安全性高、寿命长等特点，在规模储能领域具有良好的应用前景。在充放电过程中，储存于储液罐中的正、负极电解液分别被泵入电池的正、负极，在电极表面完成氧化还原反应，以实现电能的存储和释放。传统地，液流电池采用无流场形式，即双极板没有流道结构，电解液由电极一侧进入，强制对流穿过整个电极，从另一侧排出。为了减小液流电池双极板与电极间的接触电阻，通常对电极进行压缩，这无疑会增加电解液的流阻，而后者的提高极大地增加了压降与泵功，导致了较低的系统效率。最近一些研究者通过在双极板表面进行流道设计，进而减少电解液在电极中的流程，降低了压降，同时使得高压缩比、较薄电极的使用更加合理。

现有的双极板流道设计主要包括：蛇形流道和叉指型流道。其中，蛇形流道随着活性区域面积的增加，管路流程迅速增加，压降增加较快；同时其非强制对流的特性，在电极孔隙率较低、压缩比较大的情况下，活性物质的对流传质较差，电压效率较低。而叉指型流道具有强制对流的特性，电极表面的电化学反应较为充分；同时电解液经主流道分流至各个支流道中，只需从电极中流经单个肋的宽度，即由出液支流道流出，行程较短，压降较小。但是随着电池功率的增加，活性区域的面积也不断增加，进而导致支流道的数目迅速增加。对于传统叉指型流道来说，从主流道一侧流入，依次进入支流道的分液方式，并不能将电解液均匀地分配至各个支流道中。电解液分布的均匀性变差，势必导致较大的浓差过电势。同时，电解液未被均匀地分散至每一个支流道，会导致过多的电解液集中于某几个支流道完成对流，进而造成压降和泵耗的迅速增加。因此，寻找有效的流道结构，以尽可能小的泵耗，获得尽可能大的电解液分布均匀性，成为提高液流电池性能的重要环节。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种双极板上具有二分叉指型结构的液流电池流道，即在活性区域以外的双极板表面，利用二分的方式，进行电解液的分配，从而使电解液均匀地分配到每一个支流道中，既能保证电解液分布的均匀性，增加了传质效果，同时又可显著地降低系统的压降和泵耗。

本发明的技术方案如下：

一种双极板上具有二分叉指型结构的液流电池流道，双极板的一侧为负极侧，双极板的另一侧为正极侧，双极板两侧的液流电池流道结构完全相同且呈中心对称，包括：进液口，与进液口连接的进液分配流道，以及与进液分配流道连接的进液支流道；出液口，与相应出液口连接的出液收集流道，以及与出液收集流道连接的出液支流道；进液分配流道为逐级二分的分支流道结构，出液收集流道为逐级二分的分支流道结构，进液支流道与出液支流道呈叉指状交替排列分布且互不连通；负极侧的进液支流道、出液支流道位于负极侧中部的活性区域内，正极侧的进液支流道、出液支流道位于正极侧中部的活性区域内。

所述的双极板上具有二分叉指型结构的液流电池流道，进液分配流道与出液收集流道位于活性区域以外的双极板表面，该部分在电池中不与电极接触；进液支流道与出液支流道位于活性区域中，即在电池中与多孔电极直接接触。