氧化还原液流电池以及电芯框架的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种氧化还原液流电池以及电芯框架。在氧化还原液流电池的电芯框架中，该电芯框架包括：彼此粘附的一对单元框架；被单元框架所共享的保护板，其中每个单元框架包括形成在保护板与单元框架的接触区域上的电解液通道；以及电解液在其上流动的双极板，其中电解液通过所述电解液通道来供给。电芯框架具有集成类型结构，在其中，保护板被定位在电芯框架中，以使得电解液的泄露可以被有效地防止。
【专利说明】氧化还原液流电池以及电芯框架
【技术领域】
[0001]本发明涉及氧化还原液流电池以及电芯框架，并且更具体而言，本发明涉及一种能够通过在粘附至彼此的一对单元框架之间包括电解液通道保护板来有效防止电芯框架中的电解液泄露的氧化还原液流电池以及电芯框架。
【背景技术】
[0002]近来由于环境污染和全球变暖，人们已经做出了为减少温室气体的全球性努力，并且作为这种努力的一部分，已经尝试了多种努力诸如引入扩大新的可再生能源、研发环境友好型车辆、研发用于改善电力需求的电力存储系统和供给系统。
[0003]在大多数电力供给系统中，热电力产生是杰出的，但是在热电力产生中，通过使用化石燃料，大量的二氧化碳气体被排放出来，并且由排放的二氧化碳气体引起的环境污染问题显著地严重了。为了解决这个问题，研发使用环境友好型能源(风力、太阳能、潮汐能等)的电力供给系统已经被快速地增加了。
[0004]由于大多数新的可再生能源使用产生在自然界的清洁能源，因此新的可再生能源不产生与环境污染相关的废气，这非常具有吸引力。然而，由于新的可再生能源受到自然环境显著的影响，因此取决于时间的输出变化宽度显著地大了，以使得在使用新的可再生能源中存在限制。
[0005]电力存储技术是一种重要的技术，其用于有效使用电力、改进电力供给系统的性能和可靠性、全面有效使用能源诸如扩大引入具有取决于时间的大变化宽度的新可再生能源等，并且电力存储技术发展的可能性和针对其社会贡献的需求已经逐步增加。尤其是，针对使用二次电池的期望在上述领域中已经被提高了。
[0006]氧化还原液流二次电池具有以下益处:其可以灵活地改变电解液槽的容量以及电池堆叠的数量以便容易地改变能量存储容量和输出并且该氧化还原液流二次电池可以是半永久性使用的，以使得该氧化还原液流二次电池为用于存储大容量电力的最杰出的二次电池，其中高容量和高效二次电池应该被应用到大容量电力。
[0007]氧化还原液流二次电池意味着使用其氧化数被改变的金属离子的氧化还原反应来充电放电的电池。作为一种阳极/阴极电解液，使用了诸如钒离子等金属离子溶于其中的酸性水溶液，并且阳极电解液和阴极电解液彼此被存储在不同的罐处。
[0008]在氧化还原液流二次电池中，电芯框架形成整个电池的轮廓，并且电池的中心部分被隔膜分隔开，并且阳极和阴极基于该隔膜被定位。此外，构造了用于电导的双极板和集电器，并且氧化还原液流二次电池的电解液进口部分和电解液出口部分被连接到电解液槽以执行电化学反应同时使电解液循环。
[0009]通过堆叠多个电芯框架构造了电池堆叠，并且可以通过重复地堆叠电芯框架、隔膜以及电芯框架来增加堆叠输出。
[0010]在电芯框架中，重要的是在其内接收电解液以及允许电解液被适合地供给和释放而没有电解液的泄露。保护板盖作为用于保护电解液通道的单元而存在于每个电芯框架之间。就保护板盖而言，阳极溶液和阴极溶液未被混合并且通过覆盖电芯框架来防止电解液的泄露，在电芯框架中，形成诸如电解液进口部分、电解液出口部分、分布通道等沟槽。例如，在日本专利注册号2005-3682244中公开的电芯框架的情况中，存在覆盖电解液通道的保护板，但是保护板被部分地定位在电芯框架的表面上。在这种情形下，由于电芯框架的处理是复杂的，并且保护板没有与电芯框架完全集成在一起，因此由于耐久性问题，保护板可能被分隔开，以致电解液的泄露不能被完全地防止。
[0011]由于在电解液被泄露的情形中，电池容量可能减少，并且可能产生系统耐久性的问题，因此，能够防止电解液泄露以及具有极佳耐久性的电芯框架应被迫切地研发。
【发明内容】
[0012]本发明致力于提供一种氧化还原液流电池以及能够防止电解液泄露以平稳操作的电芯框架。
[0013]此外，本发明致力于提供一种氧化还原液流电池以及能够防止堆叠输出被减少从而具有高效和改善装置可靠性的电芯框架。
[0014]进一步地，本发明致力于提供一种氧化还原液流电池以及能够由于彼此集成的保护板和单元框架而具有简单耦合工艺和极佳耐久性的电芯框架。
[0015]根据本发明的示例性实施例，提供一种氧化还原液流电池的电芯框架，该电芯框架包括彼此粘附的一对单元框架；由单元框架共享的保护板，其中每个单元框架包括形成在保护板与单元框架的接触区域上的电解液通道，以及电解液在其上流动的双极板，其中电解液通过电解液通道来供给。保护板和双极板的厚度可以彼此相同。
[0016]电解液通道可以包括:电解液引入部分；连接到电解液引入部分的第一分布通道；连接到第一分布通道并且被构造为向双极板提供电解液的第一插入通道；被构造为从双极板排出电解液的第二插入通道；连接到第二插入通道的第二分布通道；以及连接到第二分布通道的电解液排出部分。单元框架和保护板可以包括绝缘材料或者耐酸性材料，并且包括选自包括氯乙烯树脂、聚丙烯、聚乙烯、氟树脂、环氧树脂，聚乙烯、氟树脂、以及环氧树脂的组中的至少一种材料。在单元框架、双极板、以及保护板彼此粘附的粘合剂的情况中，任意粘合剂可以被使用只要其具有极佳的粘附特性并且在操作温度处不易变形即可。此外，双极板可以包括塑性碳材料、石墨、碳微粒或者包括氯并具有极佳电导率的材料。
[0017]根据本发明的另一示例性实施例，提供一种包括电芯框架的氧化还原液流电池，该电芯框架包括:彼此粘附的一对单元框架；位于该对单元框架之间的保护板；形成在保护板与每个单元框架的接触区域上的电解液通道；以及被定位在不接触电解液通道的部分处的双极板，其中保护板被设置在双极板的外周部分处。保护板和双极板的厚度可以彼此相同，并且单元框架和保护板可以包括绝缘材料。因此，保护板可以保护电芯框架中的电解液通道，因而可以有效地防止电解液的泄露。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]结合说明书附图，本发明的上述以及其他目标、特征和益处通过下面详细描述将会被更清晰地理解，其中:
[0019]图1为单元框架的平面视图；
[0020]图2为根据本发明的保护板的平面视图；
[0021]图3为显示了根据本发明的保护板的组装状态的立体图；
[0022]图4为显示了电芯框架的组合状态的立体图。
【具体实施方式】
[0023]图1为配置电芯框架的单元框架10的平面视图。参考图1，电解液通道11形成在单元框架10的接触区域的上端部部分处以及下端部部分处。
[0024]电解液通道11由电解液进口部分12、第一分布通道13、第一穿入通道14、第二穿入通道15、第二分布通道16以及电解液出口部分17组成。
[0025]由罐供给的电解液被引入电解液进口部分12中并且通过第一分布通道13被均匀地分布。分布的电解液通过第一穿入通道14被供给到双极板的前表面。随后，电解液通过第二穿入通道15从双极板20的前表面被释放到定位在电芯框架内部处的第二分布通道16，并且通过第二分布通道分布的电解液被收集并且并被释放到电解液出口部分17以返回到罐。
[0026]电解液通道11形成在单元框架10的接触区域的上端部部分处以及下端部部分处，并且插入孔20A形成在单元框架10的中心部分处以使得双极板20可以插入该插入孔。单元框架10的电解液通道21A接触保护板21，并且插入孔20A面向双极板20，以使得保护板21容易地被粘附以及一体耦合在每个单元框架10之间。
[0027]图2为根据本发明的保护板21的平面视图。参考图2，保护板21被构造为对应于以下形状:在该形状中，插入孔20A被形成在单元框架10的中心部分处以便双极板20可以如图1中所示的插入其中。
[0028]保护板21具有四边形板状以及下面的结构:在该结构中，以双极板20的形状穿入以便双极板20可以被插入在保护板的中心部分处，以使得双极板20被插入到保护板21中。
[0029]设置在双极板20的外周部分的保护板21是为了保护电解液进口部分12、第一分布通道13、第一穿入通道14、第二穿入通道15、第二分布通道16以及电解液出口部分17，这都被包括在单元框架10的电解液通道11中。
[0030]保护板21可以通过紧紧地覆盖每个单元框架10的电解液通道来防止电解液的泄露。此外，由于双极板20和保护板21的厚度可以彼此相同，因此由厚度偏离(thicknessdeviat1n)引起的单元框架10的接触区域之间的间隙并未被产生。此外，保护板21和单元框架10被形成为彼此具有相同的尺寸和形状，并且保护板21被粘附在单元框架10之间，以使得集成类型的电芯框架可以被构造。
[0031]单元框架10和保护板21可以包括具有电绝缘、耐酸性以及机械强度的材料并且可以通过使用选自包括氯乙烯树脂、聚丙烯、聚乙烯、氟树脂、环氧树脂的组中的至少一种材料来被注模。在将单元框架、双极板、以及保护板彼此连接的粘合剂的情况中，任意粘合剂可以被使用只要其具有极佳的粘附特性并且在操作温度处不易变形即可。此外，双极板20可以包括塑性碳材料、石墨、碳微粒、或者包括氯并具有极佳电导率的材料。
[0032]图3为示出根据本发明的保护板21的组装状态的立体图。参考图3，单元框架10、保护板21以及单元框架10被依次组装，并且保护板21被插入在每个单元框架10之间。
[0033]在单元框架10的接触区域上形成的电解液通道面向保护板21，并且电解液通道未被形成在其中的单元框架10的插入孔20A面向双极板20。由于具有比插入孔20A的面积更宽面积的双极板20被粘附到单元框架10，当一对单元框架10被粘附至彼此时，双极板20和单元框架10之间的间隙并未产生，并且双极板20不被分开。此外，保护板21不与双极板20重叠，并且被定位在除单元框架10和双极板20之间的粘附部分之外的表面处以保护电解液通道11。保护板21被定位在单元框架10之间以在粘附时紧紧地覆盖电解液通道11，因而可以防止电解液被混合以及被泄露。此外，由于形成在每个单元框架10上的插入孔20A的形状、保护板21的形状以及双极板21的形状彼此对应，因此在粘附时，单元框架10和保护板21可以被简单地组装，并且电芯框架可以具有集成类型结构，以使得耐久性可以被改善。
[0034]由于保护板21在电芯框架可以具有集成类型结构的情形中没有被分隔开，所以组装工作的效率可以被改善，并且电解液的泄露可以被防止，以使得平稳的操作可以被执行，并且装置的可靠性可以被改善。单元框架10、双极板20以及保护板21被形成以便在没有间隙的情况下具有对应于彼此的形状，这可以有助于有效地紧紧覆盖电芯框架的电解液通道11并且形成具有极佳耐久性的集成类型结构。
[0035]单元框架10和保护板21可以包括具有电绝缘、耐酸性以及机械强度的材料并且可以通过使用选自包括氯乙烯树脂、聚丙烯、聚乙烯、氟树脂、环氧树脂的组中的至少一种材料来被注模。在粘附到单元框架的粘合剂的情况中，任意粘合剂可以被使用只要其具有极佳的粘附特性并且在操作温度处不易变形即可。此外，双极板20可以包括塑性碳材料、石墨、碳微粒、或者包括氯并具有极佳电导率的材料。
[0036]图4为显示了电芯框架100的组合状态的立体图。参考图4，双极板20被布置在隔膜40的两个表面处，保护板21被定位在双极板20的外周部分处，并且双极板20和保护板21与一对单元框架20集成在一起。
[0037]单元框架10被粘附到保护板21的两个表面，位于该对单元框架10之间的保护板21的中心部分设置有双极板20，并且电极30布置在双极板20和隔膜40之间。阳极溶液在阳极腔室中被循环，其中阳极30A被定位在该阳极腔室中，并且同时，阴极溶液在阴极腔室中被循环，其中阴极30B被定位在该阴极腔室中。如上所述，电芯框架、阳极30A、隔膜40以及阴极30B以复数形式被依次堆叠以形成电池堆叠，并且当堆叠的电芯框架100的数量增加时，输出可以被进一步改善。
[0038]形成在每个单元框架10的接触区域上的电解液通道11面向保护板21，并且电解液通道11未被形成在其上的单元框架10的插入孔20A面向双极板20。由于形成在单元框架10的接触区域中的电解液通道11被保护板21紧紧地覆盖，因此电解液通道11可以被保护。由于形成在每个单元框架10上的插入孔20A的形状、保护板21的形状以及双极板21的形状彼此对应，因此在粘附时，电芯框架可以具有集成类型结构，在该集成结构中，单元框架10、保护板21和双极板20之间的密封性能和耐久性是极佳的。
[0039]由于保护板21在电芯框架可以具有集成类型结构的情形中没有被分开，所以组装工作的效率可以被改善，并且电芯框架中的电解液的泄露可以被防止，以使得平稳的操作可以被执行，并且装置的可靠性可以被改善。单元框架10和保护板21被形成以便具有彼此对应的尺寸和形状并且单元框架10和保护板21被粘附到彼此，这也许有助于有效地紧紧覆盖电解液通道11。
[0040]末端电芯框架可以具有以下结构:在该结构中，单个单元框架10、双极板20以及保护板21彼此粘附并且被安装在接触了在电池堆叠两端处定位的集电器的位置处。
[0041]根据本发明，定位在电芯框架内部的电解液通道被定位在单元框架的接触区域中，并且保护板被插入到二者之间，因而可以防止电解液被混合及被泄露。因此，电池的电池堆叠可以平稳地操作、可以具有高的效率并且可以改善装置的可靠性。
[0042]此外，保护板和单元框架被构造为具有彼此对应的形状和尺寸，以使得保护板和单元框架可以一体地彼此粘附，因而可以改善耐久性和工作效率。
[0043]在上文中，虽然通过诸如具体组件等特定主题、示例性实施例及说明书附图描述了本发明，但他们被提供仅用于帮助整体理解本发明。此外，本发明并非限于示例性实施例，本领域技术人员可以做出多种修改和变化，其中本发明通过描述附属于多种修改和变化。因此，本发明的精神不应该限于上述示例性实施例并且接下来的权利要求书以及对于权利要求书的所有相同或等同修改落入本发明的保护范围和精神。
【权利要求】
1.一种氧化还原液流电池的电芯框架，该电芯框架包括: 彼此粘附的一对单元框架； 由所述单元框架共享的保护板，其中每个单元框架包括形成在所述保护板与所述单元框架的接触区域上的电解液通道；以及 电解液在其上流动的双极板，其中电解液通过所述电解液通道来供给。
2.根据权利要求1所述的电芯框架，其中所述保护板和所述双极板彼此集成并且被定位在所述一对单元框架之间。
3.根据权利要求1所述的电芯框架，其中所述保护板的厚度和所述双极板的厚度是相同的。
4.根据权利要求1所述的电芯框架，其中所述电解液通道包括: 电解液入口部分； 连接到所述电解液入口部分的第一分布通道； 连接到所述第一分布通道并且被构造为向所述双极板提供电解液的第一穿入通道； 被构造为从所述双极板排出电解液的第二穿入通道； 连接到所述第二穿入通道的第二分布通道；以及 连接到所述第二分布通道的电解液出口部分。
5.根据权利要求1所述的电芯框架，其中所述单元框架和所述保护板包括绝缘材料。
6.根据权利要求1所述的电芯框架，其中所述单元框架和所述保护板包括耐酸性材料。
7.根据权利要求1所述的电芯框架，其中所述单元框架和所述保护板包括选自包括氯乙烯树脂、聚丙烯、聚乙烯、氟树脂、环氧树脂的组中的至少一种材料。
8.根据权利要求1所述的电芯框架，其中所述单元框架中的每个单元框架具有与所述保护板的面积相同的面积。
9.根据权利要求1所述的电芯框架，其中所述单元框架中的每个单元框架的电解液通道被所述保护板封闭。
10.一种氧化还原液流电池，包括电芯框架，所述电芯框架包括: 彼此粘附的一对单元框架； 位于所述一对单元框架之间的保护板； 形成在所述保护板与每个单元框架的接触区域上的电解液通道；以及 被定位在不接触所述电解液通道的部分处的双极板， 其中保护板被设置在双极板的外周部分处。
11.根据权利要求10所述的电芯框架，其中所述保护板的厚度和所述双极板的厚度是相同的。
12.根据权利要求10所述的电芯框架，其中所述单元框架和所述保护板包括绝缘材料。
【文档编号】H01M8/02GK104282922SQ201410334553
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年7月14日 优先权日:2013年7月12日
【发明者】金守焕, 严明燮, 金泰润, 河泰晸, 方瑜景 申请人:Oci有限公司