[发明专利]一种全钒液流电池独立单元结构、制备方法及应用

说明书

一种全钒液流电池独立单元结构、制备方法及应用。该电池独立单元结构，包括以离子交换膜为中心对称向外依次连接的电极、导流框、电极板；在导流框外边缘及电解液流道孔边缘设置密封胶槽，对称连接的导流框上的密封胶槽的位置交错设置；离子交换膜尺寸大于导流框内边缘且小于导流框外边缘，离子交换膜边缘打孔，使粘结剂贯穿其中，固定于导流框之间。本发明电池独立单元结构，使相邻节电池之间不再相互关联，便于电池组装、拆卸及维修；本发明取消了橡胶密封垫的使用，有效防止了密封垫弹力衰减会导致的电解液漏电，高氧化性物质析出问题，同时降低了离子交换膜的使用面积，有效节约成本，提高电堆运行稳定性并延长电堆使用寿命。

技术领域

本发明属于液流电池技术领域，涉及液流电池电堆结构。

背景技术

液流电池通常组装方式为各部件层叠压滤式组装，即将双极板、电极框、碳 毡、离子交换膜、密封线等关键部件叠放，在压滤机内电堆用弹簧整体施加预紧 力保证密封性。科研人员针对液流电池电堆存在的密封、电池效率等问题给出了 解决方案。

如中国专利申请CN102244212A公开了一种钒液流电池电堆密封方法及电 堆单元和钒液流电池电堆，其公开了将导电电极板、框板、导流板和离子膜通过 设置的热熔线将其连接固定形成一体式结构的电堆单元。但是此种结构电池单元 并不独立，叠加电堆时需要将所有部件按照指定次序依次叠放后再进行加固，电 堆相邻单节电池之间共用双极板，各节电池之间相互关联，需要整体安装、拆卸 及维修，耗时费力。

如中国专利申请CN101651220A公开了一种高度密封的液流电池，其主要 构思是用导电胶将质子交换膜与电极粘结，同时，用导电胶将质子交换膜的外边 缘与液流框的外边缘完全重合粘结，以起到电池密封的效果。由于干燥状态下安 装离子交换膜易造成吸水溶胀，使离子交换膜与电极框之间密封失效，因此液流 电池离子交换膜往往采用溶液处理后，在湿润状态下安装，湿润状态下的离子交 换膜需要在电堆内部严格密封，通常需要整体通过螺杆和弹簧的预紧力压紧密 封，因此，为固定离子交换膜并保证离子交换膜的密封性，膜面积通常与电极框 为外边缘的矩形面积相同，即占用较大的面积进行固定和密封，且表面需设置进 液孔。此种组装方式的电堆有以下缺陷：

(1)电极框位置的离子交换膜不参与氧化还原反应，仅具有固定和密封作 用，造成了膜的浪费和电堆成本的增加；

(2)离子交换膜的外边缘接近电极框外边缘位置，一旦电堆预紧力衰减， 电解液易通过离子交换膜的毛细作用向电堆外渗漏；

(3)湿润隔膜直接与流道孔内电解液接触，通过离子交换膜的离子传导作 用，易产生漏电电流，导致电堆内部局部温度过高，使电解液内高氧化性物质析 出，降低电堆效率及使用寿命。

综上所述，目前本领域的液流电堆结构及组装方式仍存在以下问题：

1、安装及维修不便。

2、大多数离子交换膜需依赖橡胶密封垫提高密封性，电堆长时间运行后， 密封垫弹力衰减，使离子交换膜直接接触流道孔内电解液，产生漏电，导致电解 液内高氧化性物质析出；降低电池效率及使用寿命；

3、由于电堆内部使用橡胶密封垫密封，电堆弹簧需要较大的预紧力保证密 封效果，一旦预紧力衰减后，电堆易发生电解液外漏。

发明内容

为解决本领域液流电池电堆存在的上述问题，本发明首要目的是提供了一种 具有独立结构单节电池。该结构电池使用了一种可将离子交换膜封闭在电池内的 密封方式，取消了橡胶密封垫的使用，有效防止了密封垫弹力衰减会导致的电解 液漏电，高氧化性物质析出问题，同时降低了离子交换膜的使用面积，有效节约 成本。