一种液流电池电堆中防止双极板腐蚀的结构的制作方法

本发明涉及一种液流电池的防腐蚀结构，特别涉及液流电池中的双极板的防腐蚀结构。

背景技术：

目前，全球面临着资源短缺，能源供应紧张的局面，极大的限制了全球经济的发展。开发高效的可再生能源在这样的背景下迎来了发展的高潮。然而可再生能源固有的不连续性和反调峰特性使得其大规模接入电网时对电网造成巨大的冲击，因而一种在可再生能源并网与智能电网中间的缓冲技术被提到了电网技术转型的前沿。储能技术作为该缓冲技术获得了越来越多的关注，其中液流电池作为电化学储能装置近年来迎来了技术革新以及产业化的大发展，目前已有多种液流电池技术被商用化，包括全钒液流电池、锌溴液流电池等等。液流电池因其先天优势：功率与能量解耦，特别适合大规模储能的应用。

液流电池的一个显著特点是反应物与功率设备解耦，承载反应物的电解液通过循环泵流入电池当中参与反应，而产物在由电池流出，回到储液罐中，如此循环往复。液流电池的单电池由电池端板、集流板、正极电极框、正极电极、离子交换膜、负极电极、负极电极框、集流板和电池端板顺序组装而成，而后由端板上的螺栓压紧防止电解液的泄漏。在实际应用中，往往组成液流电池电堆来满足大功率充放电的需求。电堆在单电池的基础上在多个单电池之间用双极板相连，再采用压滤机的方式串联在一起组成电堆。在液流电池电堆中，电解液在各电池之间的均匀分配成为区别于其他电池电堆的重要因素，因而在大多的液流电池电堆中都设计了电解液公用管路和电解液的分支管路。公用管路由每节电池的正、负极电极框、双极板和离子交换膜上的甚至的通孔组合形成。其管路的轴线往往平行于上述电堆组件的厚度方向；分支管路大都设计在正、负极电极框上，主要负责电解液在电极中的均匀分配。

由于公用管路中的导电溶液以及各单电池之间的电池电压差，公用管路内往往会形成漏电电流，其大小与公用管路的截面积、长度以及电堆中单电池的节数有关。双极板上组成公用管路的通孔截面与公用管路中的电解液相接触。构成双极板的材料往往是石墨、碳素复合材料或者耐酸碱腐蚀的金属，漏电电流会诱使在双极板厚度上的通孔截面发生氧化反应，造成双极板腐蚀、软化，进而造成电堆泄漏。

技术实现要素：

为了解决上述液流电池中双极板的腐蚀问题，本发明提供了一种液流电池的结构，通过在双极板通孔一侧的电极框上设置环状凸台，将双极板的通孔放置在环状凸台的外缘上，再压和上另一极电极框。电解液经过电极框的进液口或者出液口流入或者流出电极框，通过电堆中的公用管路流过电极框上设置的环状凸台直接流入另一极的通孔处，避免了公用管路中电解液与双极板的接触，从根本上阻止了腐蚀现象的发生，提高了电堆的可靠性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

所述液流电池电堆中防止双极板腐蚀的结构：液流电池电堆部件包括正极电极框、负极电极框以及夹于其中的双极板，正极电极框上设有负极电解液公用管路通孔，正极电极框上设有与正极电解液公用管路相连通的正极电解液进液口和出液口，负极电极框上设有正极电解液公用管路通孔，负极电极框上设有与负极电解液公用管路相连通的负极电解液进液口和出液口，双极板上设有正极电解液公用管路和负极电解液公用管路通孔。

在正极电极框通孔的四周边缘处设有环状突台，环状突台位于正极电极框靠近双极板一侧的表面上，通孔于靠近双极板一侧的正极电极框表面的投影位于环状突台的中空区域，环状突台沿垂直于正极电极框表面方向的高度等于双极板厚度；在负极电极框通孔的四周边缘处设有环状突台，环状突台位于负极电极框靠近双极板一侧的表面上，通孔于靠近双极板一侧的负极电极框表面的投影位于环状突台的中空区域，环状突台沿垂直于负极电极框表面方向的高度等于双极板厚度；

双极板夹在正极电极框与负极电极框之间，且双极板上通孔的形状和尺寸与其对应的正极电极框上环状突台和负极电极框上环状突台的四周侧壁的形状和尺寸相稳合。

所述的防止双极板腐蚀的结构中，负极电解液经正极电极框的通孔和环状突台后流向负极电极框的电解液进液口或者出液口；正极电解液经负极电极框的通孔和环状突台后流向正极电极框的电解液进液口或者出液口，电解液不与双极板的通孔边缘处接触。

所述的防止双极板腐蚀的结构中，将双极板放置于带有平台的正极电极框或者负极电极框上，双极板上的通孔套于环状突台外缘，之后放置另一负极电极框或者正极电极框，使双极板对应另一负极电极框或者正极电极框上的电解液进液口或者出液口，组装完成。

所述的防止双极板腐蚀的结构中，正极电极框、负极电极框以及双极板之间可以通过胶粘接或者热压连接的方式紧密贴合在一起。双极板为石墨板、碳素复合板或者防腐蚀能力较差的金属材质。正极或者负极电极框的框体材料为聚乙烯、聚丙烯或者聚氯乙烯。

本发明具有如下优点：

1.本发明隔绝了公用管路中电解液与双极板通孔截面的接触，有效防止了电化学腐蚀的发生，提高了电堆的可靠性。

2.本发明结构简单，成本低，易于加工控制，无须复杂昂贵的设备投资。

附图说明

图1为本发明的液流电池电堆中的电极框结构。

具体实施方式

实施例：

所采用的正极电极框、负极电极框和双极板的结构及配合如下：双极板位于正、负极电极框之间。正极电极框上设有负极电解液公用管路通孔，并设有与正极电解液公用管路相连通的正极电解液进液口和出液口；相对应的，负极电极框上设有正极电解液公用管路通孔，并设有与负极电解液公用管路相连通的负极电解液进液口和出液口，双极板上设有正极电解液公用管路和负极电解液公用管路通孔。在正极电极框朝向双极板一侧的通孔的四周边缘处设有环状突台；在负极电极框朝向双极板一侧的通孔的四周边缘处设有环状突台。正、负极电极框上设置的环状突台沿垂直于负极电极框表面方向的高度均等于双极板厚度。双极板夹在正极电极框与负极电极框之间，且双极板上通孔的形状和尺寸与其对应的正极电极框上环状突台和负极电极框上环状突台的四周侧壁的形状和尺寸相稳合。

将双极板放置于带有平台的正极电极框或者负极电极框上，双极板上的通孔套于环状突台外缘，之后放置另一负极电极框或者正极电极框，使双极板对应另一负极电极框或者正极电极框上的电解液进液口或者出液口，组装完成。电堆运行过程中，负极电解液经正极电极框的通孔和环状突台后流向负极电极框的电解液进液口或者出液口；正极电解液经负极电极框的通孔和环状突台后流向正极电极框的电解液进液口或者出液口，电解液不与双极板的通孔边缘处接触。

采用该结构组装1kW的全钒液流电池电堆，电堆由10节电池构成，离子交换膜为Nafion115，其性能数据为：电堆库仑效率94.1％，电压效率85.6％，能量效率80.5％。经过1500个循环后拆解发现双极板通孔边缘处未见腐蚀，说明该结构能很好的防止电化学腐蚀的发生，提高电堆可靠性。