专利名称：微流控液流储能单电池及电池堆的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种储能电池，更具体地说，它涉及一种具有微流控结构的液流储能电池，它不仅涉及一种单电池而且还涉及由单电池所组成的电池堆。
背景技术：
液流储能电池具有能量转换效率高、使用寿命长、容量可根据优化要求调解、环 保、安全等优点，是风能、太阳能等可再生能源和电能削峰、填谷等规模化储能最有发展前 景的方法之一。然而，目前液流储能电池仍存在一些技术问题，例如，电池运行的电流密度低。目 前，液流储能电池运行的工作电流密度较低(< 100mA/cm2)，仅为质子交换膜燃料电池工 作电流密度的十分之一，造成电池模块体积大，材料需求量大，成本攀高。这主要与电对反 应活性、电极极板材料的活性与导电性、离子交换膜的离子传导性和电解液传质能力有关。 另外，在电池的规模放大过程中电解液分配的不均勻性越加严重，公用管道中内漏电电流 损失增大等。这都会造成电池性能的降低，因而工作电流密度偏低。另外，电池系统成本较高。液流储能电池关键材料和部件还未实现批量化制备，因 此目前生产成本较高。尤其是国内离子交换膜技术还未突破，通常使用的杜邦公司商业化 的Nafion膜价格昂贵，成为制约液流储能电池实用化的瓶颈。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的工作电流密度偏低与生产 成本较高等问题，提供了一种采用微流控技术的液流储能单电池及由采用微流控技术的液 流储能单电池所组成的电池堆。为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的所述的单电池主要由 单电池电极、正极电解液、负极电解液、单电池上封盖层、单电池上衬垫层、单电池流道层、 单电池下衬垫层和单电池下封盖层组成。所述的单电池上封盖层、单电池上衬垫层、单电池流道层、单电池下衬垫层和单电 池下封盖层皆为长方形的板类结构件，它们依次压紧粘合连接成一体。所述的单电池的四角处设置有孔径相同的单电池正极电解液入口、单电池负极电 解液入口、单电池正极电解液出口与单电池负极电解液出口。单电池流道层上设置有单电 池微流道，单电池微流道中设置有单电池电极，单电池微流道的一端和单电池正极电解液 入口与单电池负极电解液入口连通，单电池微流道的另一端和单电池正极电解液出口与单 电池负极电解液出口连通。正极电解液与负极电解液通过单电池正极电解液入口、单电池 负极电解液入口、单电池正极电解液出口与单电池负极电解液出口充满单电池微流道。技术方案中所述的单电池微流道呈双Y型，单电池微流道以单电池流道层的横向 对称线对称地设置在单电池流道层上，单电池微流道是由处于单电池微流道中部的直流道 和处于单电池微流道两端的呈叉形的辅助流道组成。单电池微流道中直流道和呈叉形的辅助流道连通，单电池微流道一端的呈叉形的辅助流道和单电池上的单电池正极电解液入口与单电池负极电解液入口连通，单电池微流道另一端的呈叉形的辅助流道和单电池上的 单电池正极电解液出口与单电池负极电解液出口连通；所述的单电池微流道的直流道长为 15-20mm，宽为l_2mm，厚度为0. 2_lmm。单电池微流道中的直流道两侧各装有单电池电极；一种采用微流控液流储能单电池组成的电池堆。所述的电池堆主要由单电池电 极、正极电解液、负极电解液、电池堆上封盖层、电池堆第一衬垫层、电池堆第一流道层、电 池堆第二衬垫层、电池堆第二流道层和电池堆下封盖层组成。所述的电池堆上封盖层、电池堆第一衬垫层、电池堆第一流道层、电池堆第二衬垫 层、电池堆第二流道层和电池堆下封盖层皆为长方形的板类结构件，它们依次压紧粘合连 接成一体。所述的电池堆的中部设置有电池堆正极电解液入口、电池堆负极电解液入口、电 池堆正极电解液出口与电池堆负极电解液出口。电池堆第二流道层上并列设置4个所述的 单电池微流道，单电池微流道中的单电池电极实现串联，4个所述的单电池微流道通过电池 堆第二衬垫层、电池堆第一流道层、电池堆第一衬垫层与电池堆上封盖层和电池堆的电池 堆正极电解液入口、电池堆负极电解液入口、电池堆正极电解液出口与电池堆负极电解液 出口连通。技术方案中所述的电池堆第二流道层上不仅设置4个所述的单电池微流道，而且 设置2至η个所述单电池微流道，其中η取大于零的自然数。单电池微流道中的单电池电 极采取串联、并联或串并联，2至η个所述单电池微流道和电池堆的电池堆正极电解液入 口、电池堆负极电解液入口、电池堆正极电解液出口与电池堆负极电解液出口连通；所述的 电池堆上封盖层是长方形的板类结构件，采用2mm厚的材质为聚碳酸酯、聚乙烯或有机玻 璃的硬性材料制作。电池堆上封盖层的中部设置有电池堆正极电解液入口、电池堆负极电 解液入口、电池堆正极电解液出口与电池堆负极电解液出口，电池堆正极电解液入口、电池 堆负极电解液入口、电池堆正极电解液出口与电池堆负极电解液出口的直径同为6mm。电池 堆正极电解液入口、电池堆负极电解液入口、电池堆正极电解液出口与电池堆负极电解液 出口的对称轴线的连线为一平行四边形；所述的电池堆第一衬垫层是和电池堆上封盖层尺 寸相同的长方形的板类结构件，采用材质为PDMS的材料制作，其厚度为l-10mm。电池堆第 一衬垫层21的中部设置有和电池堆上封盖层上的电池堆正极电解液入口、电池堆负极电 解液入口、电池堆正极电解液出口与电池堆负极电解液出口位置相对应的尺寸相同的第一 衬垫层正极电解液入口、第一衬垫层负极电解液入口、第一衬垫层正极电解液出口和第一 衬垫层负极电解液出口 ；所述的电池堆第一流道层是和电池堆上封盖层尺寸相同的长方形 的板类结构件，采用材质为PDMS的材料制作。电池堆第一流道层的中部设置有和电池堆上 封盖层上的电池堆正极电解液入口、电池堆负极电解液入口、电池堆正极电解液出口与电 池堆负极电解液出口位置相对应的尺寸相同的第一流道层正极电解液入口、第一流道层负 极电解液入口、第一流道层正极电解液出口和第一流道层负极电解液出口。再分别以第一 流道层正极电解液入口、第一流道层负极电解液入口、第一流道层正极电解液出口和第一 流道层负极电解液出口为中心向外设置四条直流道，第一流道层正极电解液入口与第一流 道层负极电解液入口分别向外设置的四条直流道集中在电池堆第一流道层(22)的上半部 分，并且第一流道层正极电解液入口与第一流道层负极电解液入口分别向外设置的四条直流道是相间布置。第一流道层正极电解液出口与第一流道层负极电解液出口分别向外设置 的四条直流道集中在电池堆第一流道层(22)的下半部分，并且第一流道层正极电解液出 口与第一流道层负极电解液出口分别向外设置的四条直流道是相间布置。16条直流道的末 端分处在两条直线上并分列在电池堆第一流道层的上下两侧；所述的电池堆第二衬垫层是 和电池堆第一流道层尺寸相同的长方形的板类结构件，采用材质为PDMS的材料制作。电池 堆第二衬垫层上设置有两排16个孔，上排8个孔是正极电解液和负极电解液的入口，正极 电解液和负极电解液入口是相间布置。下排8个孔是正极电解液和负极电解液的出口，正 极电解液和负极电解液的出口是相间布置。16个孔的位置和电池堆第一流道层上的直流道 的末端相对应。
与现有技术相比本发明的有益效果是1.本发明所述的微流控液流储能单电池及电池堆将微流控技术用于液流储能电 池的设计与加工中；2.本发明所述的微流控液流储能单电池及电池堆由于采用微流控技术，无需离子 交换膜，大大降低液流储能电池的制作成本，提高液流储能电池稳定性和使用寿命；3.本发明所述的微流控液流储能单电池及电池堆中正负电解液间没有交换膜阻 隔而是直接接触，提高了离子交换速率，从而加快液流储能电池的充放电速度，提高液流储 能电池放电时的电流密度。4.本发明所述的微流控液流储能单电池及电池堆易于加工制作，成本低廉。
下面结合附图对本发明作进一步的说明图Ι-a是本发明所述的采用微流控技术的液流储能单电池中单电池上封盖层结 构的轴测投影示意图；图Ι-b是本发明所述的采用微流控技术的液流储能单电池中单电池上衬垫层结 构的轴测投影示意图；图1-c是本发明所述的采用微流控技术的液流储能单电池中单电池流道层结构 的轴测投影示意图；图Ι-d是本发明所述的采用微流控技术的液流储能单电池中单电池下衬垫层结 构的轴测投影示意图；图Ι-e是本发明所述的采用微流控技术的液流储能单电池中单电池下封盖层结 构的轴测投影示意图；图2_a是本发明所述的采用微流控技术的液流储能电池堆中电池堆上封盖层结 构的轴测投影示意图；图2_b是本发明所述的采用微流控技术的液流储能电池堆中电池堆第一衬垫层 结构的轴测投影示意图；图2-c是本发明所述的采用微流控技术的液流储能电池堆中电池堆第一流道层 结构的轴测投影示意图；图2_d是本发明所述的采用微流控技术的液流储能电池堆中电池堆第二衬垫层 结构的轴测投影示意图2_e是本发明所述的采用微流控技术的液流储能电池堆中电池堆第二流道层 结构的轴测投影示意图；图2_f是本发明所述的采用微流控技术的液流储能电池堆中电池堆下封盖层结 构的轴测投影示意图；图3是本发明所述的采用微流控技术的液流储能单电池结构组成的全剖视图；图4是本发明所述的由采用微流控技术的液流储能单电池实施串联所组成的电 池堆的结构示意图；图5是本发明所述的由采用微流控技术的液流储能单电池实施串并联所组成的 电池堆的结构示意图；
图中1.单电池正极电解液入口，2.单电池负极电解液入口，3.单电池正极电解 液出口，4.单电池负极电解液出口，5.单电池微流道，6.单电池电极，7.正极电解液，8.负 极电解液，9.单电池上封盖层，10.单电池上衬垫层，11.单电池流道层，12.单电池下衬垫 层，13.单电池下封盖层，14.单电池，15.电池堆，16.电池堆正极电解液入口，17.电池堆负 极电解液入口，18.电池堆正极电解液出口，19.电池堆负极电解液出口，20.电池堆上封盖 层，21.电池堆第一衬垫层，22.电池堆第一流道层，23.电池堆第二衬垫层，24.电池堆第二 流道层，25.电池堆下封盖层。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作详细的描述本发明的目的在于提供一种采用微流控技术的液流储能单电池及由该单电池所 组成的电池堆。利用微流道实现正极电解液7与负极电解液8的层流流动，使正极电解液7 与负极电解液8不用离子交换膜隔开也不会发生混合，并在反应后实现正极电解液7与负 极电解液8的分离，进而提高液流储能单电池工作电流密度，降低液流储能单电池的成本。参阅图1，采用微流控技术的液流储能单电池是利用多股流体在微尺度流道中会 以层流形式流动的特性，采用微尺度流道作为液流储能单电池的反应仓，不用离子交换膜 防止正极电解液7与负极电解液8的混合。采用微流控技术的液流储能单电池14主要由 单电池电极6、正极电解液7、负极电解液8、单电池上封盖层9、单电池上衬垫层10、单电池 流道层11、单电池下衬垫层12和单电池下封盖层13组成。参阅图Ι-a，所述的单电池上封盖层9是长方形的板类结构件，采用2mm厚的材质 为聚碳酸酯的硬性材料制作(也可采用聚乙烯、有机玻璃)，单电池上封盖层9的四角处设 置有孔径相同的单电池正极电解液入口 1、单电池负极电解液入口 2、单电池正极电解液出 口 3与单电池负极电解液出口 4。相邻两孔中轴线的连线和对面两孔中轴线的连线平行且 相等，相邻的两条连线垂直相交，即设置在单电池上封盖层9四角处的单电池正极电解液 入口 1、单电池负极电解液入口 2、单电池负极电解液出口 4与单电池正极电解液出口 3依 次连线呈一矩形。参阅图Ι-b与图Ι-d，所述的单电池上衬垫层10与单电池下衬垫层12是和单电池 上封盖层9 一样是尺寸相同的长方形的板类结构件，采用材质为PDMS的材料制作，其厚度 为l-10mm。其中单电池上衬垫层10的四角处设置有和单电池上封盖层9的四角处设置的 单电池正极电解液入口 1、单电池负极电解液入口 2、单电池正极电解液出口 3与单电池负极电解液出口 4相对应的上衬垫层正极电解液入口、上衬垫层负极电解液入口、上衬垫层正极电解液出口与上衬垫层负极电解液出口。参阅图Ι-e，所述的单电池下封盖层13是和单电池上封盖层9 一样是尺寸相同的长方形的板类结构件，采用2mm厚的材质为聚碳酸酯的硬性材料制作(也可采用聚乙烯、有 机玻璃)。参阅图1-c，所述的单电池流道层11上刻有双Y型的单电池微流道5，双Y型的单 电池微流道5在单电池流道层11上以横向对称线对称设置(叉形向外)。双Y型的单电 池微流道5是由处于流道中部的直流道(反应仓)和处于流道两端的呈叉形的辅助流道组 成。所述的辅助流道即为单电池正极电解液入流道、单电池负极电解液入流道、单电池正极 电解液出流道与单电池负极电解液出流道。单电池微流道5的直流道长为15-20mm，宽为 l-2mm，厚度为0. 2-lmm ；单电池微流道5中的直流道两侧装(贴)有材质为石墨的单电池电 极6，单电池微流道5中的直流道左侧装(贴)有的单电池电极6和正极电解液7接触，单 电池微流道5中的直流道右侧装(贴)有的单电池电极6和负极电解液8接触。单电池微 流道5中的直流道的两端分别和呈叉形的辅助流道连通，即单电池微流道5的直流道的一 端和单电池正极电解液入流道与单电池负极电解液入流道连通，单电池微流道5的直流道 的另一端和单电池正极电解液出流道与单电池负极电解液出流道连通。单电池正极电解液 入流道与单电池负极电解液入流道通过单电池上衬垫层10分别和单电池上封盖层9上的 单电池正极电解液入口 1与单电池负极电解液入口 2连通，单电池正极电解液出流道与单 电池负极电解液出流道通过单电池上衬垫层10分别和单电池上封盖层9上的单电池正极 电解液出口 3与单电池负极电解液出口 4连通。单电池流道层11被处于单电池流道层11 上方的单电池上封盖层9与单电池上衬垫层10和处于单电池流道层11下方的单电池下衬 垫层12与单电池下封盖层13依次压紧粘合成一体。单电池14工作时，正极电解液7和负极电解液8分别通过单电池正极电解液入口 1和单电池负极电解液入口 2穿过单电池上封盖层9和单电池上衬垫层10流入单电池流 道层11的单电池微流道5中，正极电解液7和负极电解液8以层流形式流过带有单电池电 极6的单电池微流道5 (中的直流道)，正极电解液7和负极电解液8直接接触，但不发生混 合，最后正极电解液7和负极电解液8被分离，通过单电池正极电解液出口 3和单电池负极 电解液出口 4流出单电池14。实施例1单电池14的单电池上封盖层9采用的材质为聚碳酸酯，具体尺寸参数如下长X 宽X厚=50X 30X 2mm，单电池正极电解液入口 1、单电池负极电解液入口 2、单电池正极电 解液出口 3和单电池负极电解液出口 4的直径为4mm。单电池14的单电池上衬垫层10采用的材质为PDMS，具体尺寸参数如下长X 宽χ厚=50 χ 30 χ 5mm，单电池上衬垫层10四角处设置有和单电池上封盖层9上的单电池 正极电解液入口 1、单电池负极电解液入口 2、单电池正极电解液出口 3和单电池负极电解 液出口 4位置上相对应的尺寸上相同的上衬垫层正极电解液入口、上衬垫层负极电解液入 口、上衬垫层正极电解液出口和上衬垫层负极电解液出口，四个入出口的直径皆为4mm。单电池14的单电池下衬垫层12采用的材质为PDMS，具体尺寸参数如下长X 宽 X 厚=50 X 30 X 5mm,
单电池14的单电池流道层11采用的材质为PDMS，具体尺寸参数如下长X宽X 厚=50X30X0. 5mm，单电池微流道5的直流道长为20mm，宽为1. 5mm。单电池14的单电池下封盖层13采用的材质为聚碳酸酯，具体尺寸参数如下 长 X 宽 X 厚=50 X 30 X 2mm。参阅图4，将多个采用微流控技术的液流储能单电池14以并联或串联的方式制作在一块微流控芯片上，构成采用微流控技术的液流储能电池堆15。通过将多个采用微流控 技术的液流储能单电池14实施串联达到增大电池输出电压，通过将多个采用微流控技术 的液流储能单电池14实施并联达到增大电池输出电流。参阅图2，图中所示的是将4个采用微流控技术的液流储能单电池14实施串联的 电池堆。实施串联的电池堆采用双流道层结构，由电池堆上封盖层20、电池堆第一衬垫层 21、电池堆第一流道层22、电池堆第二衬垫层23、电池堆第二流道层24和电池堆下封盖层 25依次组装而成。参阅图2-a，所述的电池堆15的电池堆上封盖层20是长方形的板类结构件，采用 2mm厚的材质为聚碳酸酯的硬性材料制作(也可采用聚乙烯、有机玻璃)，电池堆上封盖层 20的中部设置有电池堆正极电解液入口 16、电池堆负极电解液入口 17、电池堆正极电解液 出口 18与电池堆负极电解液出口 19，四个入出口的直径相同，四个入出口的对称轴线的连 线为一平行四边形。参阅图2-b，所述的电池堆15的电池堆第一衬垫层21是和电池堆上封盖层20尺 寸相同的长方形的板类结构件，采用材质为PDMS的材料制作，其厚度为l-10mm。电池堆第 一衬垫层21的中部设置有和电池堆上封盖层20上的正极电解液入口 16、电池堆负极电解 液入口 17、电池堆正极电解液出口 18与电池堆负极电解液出口 19位置上相对应的尺寸上 相同的第一衬垫层正极电解液入口、第一衬垫层负极电解液入口、第一衬垫层正极电解液 出口和第一衬垫层负极电解液出口。参阅图2-c，所述的电池堆15的电池堆第一流道层22是和电池堆上封盖层20尺 寸相同的长方形的板类结构件，采用材质为PDMS的材料制作。电池堆第一流道层22的中部 设置有和电池堆上封盖层20上的电池堆正极电解液入口 16、电池堆负极电解液入口 17、电 池堆正极电解液出口 18与电池堆负极电解液出口 19位置上相对应的尺寸上相同的第一流 道层正极电解液入口、第一流道层负极电解液入口、第一流道层正极电解液出口和第一流 道层负极电解液出口，四个入出口的直径皆为6mm。再分别以第一流道层正极电解液入口、 第一流道层负极电解液入口、第一流道层正极电解液出口和第一流道层负极电解液出口为 中心向外设置四条直流道。第一流道层正极电解液入口与第一流道层负极电解液入口分别 向外设置的四条直流道集中在电池堆第一流道层22的上半部分，并且第一流道层正极电 解液入口与第一流道层负极电解液入口分别向外设置的四条直流道是相间布置，第一流道 层正极电解液出口与第一流道层负极电解液出口分别向外设置的四条直流道集中在电池 堆第一流道层22的下半部分，并且第一流道层正极电解液出口与第一流道层负极电解液 出口分别向外设置的四条直流道是相间布置。各直流道之间互不相通是相间布置，各(16 条)直流道的末端分处在两条直线上并分列在电池堆第一流道层22的上下两侧。参阅图2-d，所述的电池堆15的电池堆第二衬垫层23是和电池堆第一流道层22 尺寸相同的长方形的板类结构件，采用材质为PDMS的材料制作。电池堆第二衬垫层23上设置有两排16孔，上排8孔是正极电解液7和负极电解液8的入口，正极电解液7和负极电解液8入口是相间布置，下排8孔是正极电解液7和负极电解液8的出口，正极电解液7 和负极电解液8的出口是相间布置，16孔的位置和电池堆第一流道层22上的16条直流道 的末端相对应。参阅图2-e，所述的电池堆15的电池堆第二流道层24是和电池堆第一流道层22 尺寸相同的长方形的板类结构件，采用材质为PDMS的材料制作。电池堆第二层流道层24 上刻有4个所述的单电池14。4个所述的单电池14的单电池电极6首尾相接实现串联，每 一组单电池14中的单电池微流道5中的直流道长为20mm，宽为1. 5mm，每一组单电池14中 的单电池微流道5中的呈叉形的辅助流道末端和电池堆第一流道层22上的直流道的末端 相对应，即和第二衬垫层23上设置的两排孔相对应，上排孔实现每一组单电池14的正极电 解液7和负极电解液8的输入，下排孔实现每一组单电池14的正极电解液7和负极电解液 8的流出。从理论上讲电池堆第二流道层24上不仅可以设置4个所述的单电池微流道5， 也可以设置2至η个所述单电池微流道5，其中η取大于零的自然数。各单电池微流道5中 的单电池电极6实现串联、并联或串并联。2至η个所述单电池微流道5和电池堆15的电 池堆正极电解液入口 16、电池堆负极电解液入口 17、电池堆正极电解液出口 18与电池堆负 极电解液出口 19连通。但从实际应用上来说，考虑到实际需要的电流、电压的大小，考虑到 使用、加工与维修的方便，η的最大值不是无限的而是有限的。根据每个单电池14所产生 的电压是1. 26ν左右，电流密度为200mA/cm2左右，再考虑到使用、加工与维修的方便，就可 以算出电池堆第二流道层24上需要设置所述的单电池微流道5的个数。参阅图2-f，所述的电池堆15的电池堆下封盖层25是和电池堆第二流道层24尺 寸相同的长方形的板类结构件，采用的材质为聚碳酸酯。电池堆工作时，正极电解液7和负极电解液8分别通过电池堆正极电解液入口 16 和电池堆负极电解液入口 17穿过电池堆上封盖层20和电池堆第一衬垫层21流入电池堆 第一流道层22中，在该层刻有分支流道，正极电解液7和负极电解液8分别被分成4路后 进入电池堆第二层流道层24，电池堆第二层流道层24上刻有4组单电池14，4组单电池14 的单电池电极6首尾相接实现串联，正极电解液7和负极电解液8在4组所述的单电池微 流道5内流过后返回电池堆第一流道层22，最后流出电池堆15。实施例2电池堆15的电池堆上封盖层20采用的材质为聚碳酸酯，具体尺寸参数如下 长X宽X厚=200X 100X2_，四个入出口的直径皆为6_。电池堆15的电池堆第一衬垫层21采用的材质为PDMS，具体尺寸参数如下长X 宽X厚=200X 100X 5_，四个入出口的直径皆为6_。电池堆15的电池堆第一流道层22采用的材质为PDMS，具体尺寸参数如下长X 宽X厚=200X100X0. 5mm,电池堆第一流道层22中部设置的第一流道层正极电解液入 口、第一流道层负极电解液入口、第一流道层正极电解液出口和第一流道层负极电解液出 口的直径皆为6mm。以第一流道层正极电解液入口、第一流道层负极电解液入口、第一流 道层正极电解液出口和第一流道层负极电解液出口为中心向外设置的四条直流道宽度为 4mm ο电池堆15的电池堆第二衬垫层23釆用的材质为PDMS，具体尺寸参数如下长X宽X厚=200X 100X5mm,电池堆第二衬垫层23上设置的两排孔的直径皆为4mm。电池堆15的电池堆第二层流道层24采用的材质为PDMS，具体尺寸参数如下 长X宽X厚=200X100X0. 5mm。本实施例中电池堆第二层流道层24上刻有4组单电池 14，每一组单电池14中的单电池微流道5中的直流道长为20mm，宽为1. 5mm。电池堆15的电池堆下封盖层25采用的材质为聚碳酸酯，具体 尺寸参数如下 长 X 宽 X 厚=200 X 100 X 2mm。所述的采用微流控技术的液流储能单电池14可应用于不同液流电池上，例如全 钒体系、钒/溴体系和锌/溴体系。本发明将微流控技术引入新能源领域，应用于新型液流储能电池。由于本发明所 述的微流控液流储能电池结构简单，不用价格昂贵的离子交换膜，并且电池材料及加工制 造费用较低，因此大大降低了制造成本。另外，由于电池内部正负极电解液直接接触，正负 极离子传导速度非常快，并且电解液流动形式为层流，电解液浓度变化均勻，因此单电池14 工作电流密度较高。
权利要求
一种微流控液流储能单电池，其特征在于，所述的单电池(14)主要由单电池电极(6)、正极电解液(7)、负极电解液(8)、单电池上封盖层(9)、单电池上衬垫层(10)、单电池流道层(11)、单电池下衬垫层(12)和单电池下封盖层(13)组成；所述的单电池上封盖层(9)、单电池上衬垫层(10)、单电池流道层(11)、单电池下衬垫层(12)和单电池下封盖层(13)皆为长方形的板类结构件，它们依次压紧粘合连接成一体；所述的单电池(14)的四角处设置有孔径相同的单电池正极电解液入口(1)、单电池负极电解液入口(2)、单电池正极电解液出口(3)与单电池负极电解液出口(4)，单电池流道层(11)上设置有单电池微流道(5)，单电池微流道(5)中设置有单电池电极(6)，单电池微流道(5)的一端和单电池正极电解液入口(1)与单电池负极电解液入口(2)连通，单电池微流道(5)的另一端和单电池正极电解液出口(3)与单电池负极电解液出口(4)连通，正极电解液(7)与负极电解液(8)通过单电池正极电解液入口(1)、单电池负极电解液入口(2)、单电池正极电解液出口(3)与单电池负极电解液出口(4)充满单电池微流道(5)。
2.按照权利要求1所述的微流控液流储能单电池，其特征在于，所述的单电池微流道 (5)呈双Y型，单电池微流道(5)以单电池流道层(11)的横向对称线对称地设置在单电池 流道层(11)上，单电池微流道(5)是由处于单电池微流道(5)中部的直流道和处于单电池 微流道(5)两端的呈叉形的辅助流道组成；单电池微流道(5)中直流道和呈叉形的辅助流 道连通，单电池微流道(5) —端的呈叉形的辅助流道和单电池(14)上的单电池正极电解液 入口(1)与单电池负极电解液入口(2)连通，单电池微流道(5)另一端的呈叉形的辅助流 道和单电池(14)上的单电池正极电解液出口(3)与单电池负极电解液出口(4)连通。
3.按照权利要求2所述的微流控液流储能单电池，其特征在于，所述的单电池微流道 (5)的直流道长为15-20mm，宽为l_2mm，厚度为0. 2_lmm ；单电池微流道(5)中的直流道两 侧各装有单电池电极(6)。
4.一种采用权利要求1所述的微流控液流储能单电池组成的电池堆，其特征在于，所 述的电池堆(15)主要由单电池电极(6)、正极电解液(7)、负极电解液⑶、电池堆上封盖层 (20)、电池堆第一衬垫层(21)、电池堆第一流道层(22)、电池堆第二衬垫层(23)、电池堆第 二流道层(24)和电池堆下封盖层(25)组成；所述的电池堆上封盖层(20)、电池堆第一衬垫层(21)、电池堆第一流道层(22)、电池 堆第二衬垫层(23)、电池堆第二流道层(24)和电池堆下封盖层(25)皆为长方形的板类结 构件，它们依次压紧粘合连接成一体；所述的电池堆(15)的中部设置有电池堆正极电解液入口(16)、电池堆负极电解液入 口(17)、电池堆正极电解液出口(18)与电池堆负极电解液出口(19)，电池堆第二流道层 (24)上并列设置4个所述的单电池微流道(5)，单电池微流道(5)中的单电池电极(6)实现 串联，4个所述的单电池微流道(5)通过电池堆第二衬垫层(23)、电池堆第一流道层(22)、 电池堆第一衬垫层(21)与电池堆上封盖层(20)和电池堆(15)的电池堆正极电解液入口 (16)、电池堆负极电解液入口(17)、电池堆正极电解液出口(18)与电池堆负极电解液出口 (19)连通。
5.按照权利要求4所述的电池堆，其特征在于，所述的电池堆第二流道层(24)上不仅 设置4个所述的单电池微流道(5)，而且设置2至η个所述单电池微流道(5)，其中η取大于零的自然数，单电池微流道(5)中的单电池电极(6)采取串联、并联或串并联，2至η个所 述单电池微流道(5)和电池堆(15)的电池堆正极电解液入口(16)、电池堆负极电解液入口 (17)、电池堆正极电解液出口(18)与电池堆负极电解液出口(19)连通。
6.按照权利要求4所述的电池堆，其特征在于，所述的电池堆上封盖层(20)是长方形 的板类结构件，采用2mm厚的材质为聚碳酸酯、聚乙烯或有机玻璃的硬性材料制作，电池堆 上封盖层(20)的中部设置有电池堆正极电解液入口(16)、电池堆负极电解液入口(17)、电 池堆正极电解液出口(18)与电池堆负极电解液出口(19)，电池堆正极电解液入口(16)、电 池堆负极电解液入口(17)、电池堆正极电解液出口(18)与电池堆负极电解液出口(19)的 直径同为6mm，电池堆正极电解液入口(16)、电池堆负极电解液入口(17)、电池堆正极电解 液出口(18)与电池堆负极电解液出口(19)的对称轴线的连线为一平行四边形。
7.按照权利要求4所述的电池堆，其特征在于，所述的电池堆第一衬垫层(21)是和电 池堆上封盖层(20)尺寸相同的长方形的板类结构件，采用材质为PDMS的材料制作，其厚度 为1-lOmm，电池堆第一衬垫层21的中部设置有和电池堆上封盖层(20)上的电池堆正极电 解液入口(16)、电池堆负极电解液入口(17)、电池堆正极电解液出口(18)与电池堆负极电 解液出口(19)位置相对应的尺寸相同的第一衬垫层正极电解液入口、第一衬垫层负极电 解液入口、第一衬垫层正极电解液出口和第一衬垫层负极电解液出口。
8.按照权利要求4所述的电池堆，其特征在于，所述的电池堆第一流道层(22)是和电 池堆上封盖层(20)尺寸相同的长方形的板类结构件，采用材质为PDMS的材料制作，电池堆 第一流道层(22)的中部设置有和电池堆上封盖层(20)上的电池堆正极电解液入口(16)、 电池堆负极电解液入口(17)、电池堆正极电解液出口(18)与电池堆负极电解液出口(19) 位置相对应的尺寸相同的第一流道层正极电解液入口、第一流道层负极电解液入口、第一 流道层正极电解液出口和第一流道层负极电解液出口，再分别以第一流道层正极电解液入 口、第一流道层负极电解液入口、第一流道层正极电解液出口和第一流道层负极电解液出 口为中心向外设置四条直流道，第一流道层正极电解液入口与第一流道层负极电解液入口 分别向外设置的四条直流道集中在电池堆第一流道层(22)的上半部分，并且第一流道层 正极电解液入口与第一流道层负极电解液入口分别向外设置的四条直流道是相间布置，第 一流道层正极电解液出口与第一流道层负极电解液出口分别向外设置的四条直流道集中 在电池堆第一流道层(22)的下半部分，并且第一流道层正极电解液出口与第一流道层负 极电解液出口分别向外设置的四条直流道是相间布置，16条直流道的末端分处在两条直线 上并分列在电池堆第一流道层(22)的上下两侧。
9.按照权利要求4所述的电池堆，其特征在于，所述的电池堆第二衬垫层(23)是和电 池堆第一流道层(22)尺寸相同的长方形的板类结构件，采用材质为PDMS的材料制作，电池 堆第二衬垫层(23)上设置有两排16个孔，上排8个孔是正极电解液(7)和负极电解液(8) 的入口，正极电解液(7)和负极电解液⑶入口是相间布置，下排8个孔是正极电解液(7) 和负极电解液⑶的出口，正极电解液⑵和负极电解液⑶的出口是相间布置，16个孔的 位置和电池堆第一流道层(22)上的直流道的末端相对应。
全文摘要
本发明公开了一种微流控液流储能单电池及电池堆。单电池包括单电池电极、正极电解液、负极电解液、单电池上封盖层、单电池上衬垫层、单电池流道层、单电池下衬垫层和单电池下封盖层。单电池上封盖层、单电池上衬垫层、单电池流道层、单电池下衬垫层和单电池下封盖层依次粘合成一体。单电池的四角处设置单电池正极电解液入口、单电池负极电解液入口、单电池正极电解液出口与单电池负极电解液出口。单电池的单电池微流道中设置有单电池电极，单电池微流道和单电池正极电解液入口、单电池负极电解液入口、单电池正极电解液出口与单电池负极电解液出口连通，正极电解液与负极电解液充满单电池微流道。提供了由单电池串联、并联或串并联组成的电池堆。
文档编号H01M8/18GK101807705SQ201010140898
公开日2010年8月18日 申请日期2010年4月8日 优先权日2010年4月8日
发明者左春柽, 张舟 申请人:吉林大学