一种圆形液流电池及电堆的制作方法

本发明涉及液流电池领域，尤其是一种圆形液流电池及电堆。

背景技术：

1、圆形液流电池从一定程度上解决了矩形电堆电解液反应不均匀、浓差极化以及电池效率降低的问题，但是现有圆形液流电池仍然存在以下问题，例如：专利cn105514467b公开了一种圆形液流电池的设计方法，圆形液流电池，包括依次顺序叠合的端板、流道板a、流道板a盖片、流道板b、流道板b盖片、集流板、(双)极板、正极多孔电极、正极液流框、正极液流框盖片、离子交换膜、负极液流框盖片、负极液流框、负极多孔电极、(双)极板、集流板、流道板b盖片、流道板b、流道板a盖片、流道板a、端板。圆形液流电池电堆由二节或二节以上圆形液流电池串联而成；包括依次顺序叠合的端板、流道板a、流道板a盖片、流道板b、流道板b盖片、集流板，(双)极板、正极多孔电极、正极液流框、正极液流框盖片、离子交换膜、负极液流框盖片、负极液流框、负极多孔电极、……、(双)极板、正极多孔电极、正极液流框、正极液流框盖片、离子交换膜、负极液流框盖片、负极液流框、负极多孔电极，(双)极板、集流板、流道板b盖片、流道板b、流道板a盖片、流道板a、端板。其中“……”处表示：(双)极板、正极多孔电极、正极液流框、正极液流框盖片、离子交换膜、负极液流框盖片、负极液流框、负极多孔电极为重复单元。cn105514467b使用端板加流道板进出电解液，增加了电堆厚度以及体积，降低了电堆能量密度；使用流道板需要另外搭配流道板盖片，增大了电堆密封难度，易出现漏液。

2、专利cn105742665b公开了一种液流电池圆形电堆的导液板结构：导液板为圆柱体，其内部设置有负极电解液的导流通道和正极电解液的导流通道。正极电解液的导流通道与负极电解液的导流通道被设计在了同一个导液板中，其中正极入口流道、正极分散流道与负极入口流道、负极分散流道分属两个不同的与导液板两端面平行的平面中，互不相交。正极导流口连接通道、正极导流口和负极导流口连接通道、负极导流口分别错开一定的相位角。cn105742665b使用的导液板结构虽然降低了密封难度，但在导液板内部多层开孔，势必增加导液板厚度从而影响电堆厚度，而且在导液板内部层级交错开孔，生产加工难度大。

3、专利cn102903946b公开了圆形液流电池及包括其的圆形液流电池堆，端板设计为：电解液由端板中心进液内孔进液后通过进液边槽分配，此设计方案存在两个不足，一是进液边槽的密封较难控制从而容易造成内漏，二是中心孔向两边分配容易出现不平衡的情况。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种圆形液流电池与圆形液流电池电堆的设计方法，涉及进液板、电极框等部件的改进。能够降低生产加工难度，提高生产效率；减小密封面积，降低漏液风险。

2、本发明的上述目的是由以下技术方案实现的：

3、一种圆形液流电池，包括依次顺序叠合的导液端板a、集流板a、双极板a、正极电极框、正极电极框盖板、正极多孔电极、离子交换膜、负极多孔电极、负极电极框盖板、负极电极框、双极板b、集流板b、导液端板b，导液端板a、集流板a、双极板a、正极电极框、离子交换膜、负极电极框、双极板b、集流板b和导液端板b的圆心位置分别开设有螺栓孔，导液端板a和导液端板b分别设有侧面外连接正极进液孔侧面外连接负极进液孔。

4、进一步的，所述导液端板a为圆形平板，在靠近导液端板a一侧且距导液端板a圆心一定距离处均匀开设2n个孔，n个为正极进液孔，n个为负极进液孔，n≥2，n的设置与圆形液流电池电极分区数量相同，孔的深度只要不穿过导液端板a即可，该孔在达到所需深度后按径向方向向圆形外侧弯折90度，与圆形平板侧面与外界进液装置连通；导液端板b的结构与导液端板a的结构相同。

5、进一步的，所述集流板a和双极板a为圆形平板，在与导液端板a正极进液孔和导液端板a负极进液孔相对应处开设2n个通孔，n≥2；所述集流板b的结构和集流板a的结构相同，所述双极板b的结构和双极板a的结构相同。

6、进一步的，所述正极电极框和负极电极框为圆环形平板，在圆环形平板区域开设4n个通孔，n个为正极进液孔，n个为负极进液孔，n个为正极出液孔，n个为负极出液孔，n≥2，n的设置与圆形液流电池电极分区数量相同，设置n个支架连接中心集液区域与外侧环形区域，支架与外侧环形围成区域放置半圆形或扇形的多孔电极，在外侧环形区域设置凹槽作为进液流道，一端连接正极进液孔和负极进液孔，另一端连接多孔电极放置区域；在支架上设置凹槽作为出液流道，一端连接中心集液区域，另一端连接正极出液孔和负极出液孔。

7、进一步的，所述正极多孔电极和负极多孔电极为n块半圆形或扇形电极，n≥2，电解液自半圆形或扇形的长弧边流入电极参与反应，电解液自半圆形或扇形的短弧边流出电极。

8、进一步的，所述正极电极框盖板和负极电极框盖板分别做为密封盖扣合在正极电极框、负极电极框上的进液流道、出液流道、集液区域，确保电解液按设计流道流过。

9、进一步的，所述离子交换膜为圆形，在与正或负极电极框对应处开设4n个通孔，n≥2，n个为离子交换膜正极进液孔，n个为离子交换膜负极进液孔，n个为离子交换膜正极出液孔，n个为离子交换膜负极出液孔，n的设置与圆形液流电池电极分区数量相同。

10、一种圆形液流电堆，电堆由两节或两节以上的如上述的圆形液流电池串联而成。

11、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

12、1、端板与导液板(流道板)合并，减少结构件以及减少电堆厚度、体积，能够提高电堆能量密度，且本发明使用端板仅在内部半开孔，降低了端板加工难度；在此做出说明的是，现有技术中导液板需要在板中厚度方向开较多数量孔，其内部电解液通道是从孔位置向圆心汇集，加工难度很大，而本发明内部电解液通道则是由孔位置向端板外侧，开孔时只需在侧面钻一定深度即可，因此描述为半开孔。

13、2、取消流道板及流道板盖片，无需另外密封，从而降低电堆漏液风险。

14、3、重新设计电极框，在电极框、进液板、集流板、双极板中心增加了螺栓孔，使电堆中心区域作为实心可以增加中心区域螺栓，从而使电堆紧固更均匀，降低漏液风险。

技术特征：

1.一种圆形液流电池，包括依次顺序叠合的导液端板a(1)、集流板a(2)、双极板a(3)、正极电极框(4)、正极电极框盖板(5)、正极多孔电极(6)、离子交换膜(7)、负极多孔电极(18)、负极电极框盖板(17)、负极电极框(16)、双极板b(8)、集流板b(9)、导液端板b(10)，其特征是，导液端板a(1)、集流板a(2)、双极板a(3)、正极电极框(4)、离子交换膜(7)、负极电极框(16)、双极板b(8)、集流板b(9)和导液端板b(10)的圆心位置分别开设有螺栓孔，导液端板a(1)和导液端板b(10)分别设有侧面外连接正极进液孔(12)侧面外连接负极进液孔(14)。

2.如权利要求1所述的一种圆形液流电池，其特征是，所述导液端板a(1)为圆形平板，在靠近导液端板a(1)一侧且距导液端板a(1)圆心一定距离处均匀开设2n个孔，n个为正极进液孔，n个为负极进液孔，n≥2，n的设置与圆形液流电池电极分区数量相同。

3.如权利要求1所述的一种圆形液流电池，其特征是，所述集流板a(2)和双极板a(3)为圆形平板，在与导液端板a正极进液孔(13)和导液端板a负极进液孔(15)相对应处开设2n个通孔，n≥2。

4.如权利要求1所述的一种圆形液流电池，其特征是，所述正极电极框(4)和负极电极框(16)为圆环形平板，在圆环形平板区域开设4n个通孔，n个为正极进液孔(42)，n个为负极进液孔|(43)，n个为正极出液孔(44)，n个为负极出液孔(45)，n≥2，n的设置与圆形液流电池电极分区数量相同，设置n个支架连接中心集液区域与外侧环形区域，支架与外侧环形围成区域放置半圆形或扇形的多孔电极，在外侧环形区域设置凹槽作为进液流道，一端连接正极进液孔(42)和负极进液孔(43)，另一端连接多孔电极放置区域；在支架上设置凹槽作为出液流道，一端连接中心集液区域，另一端连接正极出液孔(44)和负极出液孔(45)。

5.如权利要求1所述的一种圆形液流电池，其特征是，所述正极多孔电极(6)和负极多孔电极(18)为n块半圆形或扇形电极，n≥2，电解液自半圆形或扇形的长弧边流入电极参与反应，电解液自半圆形或扇形的短弧边流出电极。

6.如权利要求1所述的一种圆形液流电池，其特征是，所述正极电极框盖板(5)和负极电极框盖板(17)分别做为密封盖扣合在正极电极框(4)、负极电极框(16)上的进液流道、出液流道、集液区域。

7.如权利要求1所述的一种圆形液流电池，其特征是，所述离子交换膜为圆形，在与正或负极电极框对应处开设4n个通孔，n≥2，n个为离子交换膜正极进液孔(72)，n个为离子交换膜负极进液孔(73)，n个为离子交换膜正极出液孔(74)，n个为离子交换膜负极出液孔(75)，n的设置与圆形液流电池电极分区数量相同。

8.一种圆形液流电堆，其特征是，由两节或两节以上如权利要求1-7任意一项权利要求所述的圆形液流电池串联而成。

技术总结
本发明属于液流电池领域，公开了一种圆形液流电池及电堆，圆形液流电池包括依次顺序叠合的导液端板A、集流板A、双极板A、正极电极框、正极电极框盖板、正极多孔电极、离子交换膜、负极多孔电极、负极电极框盖板、负极电极框、双极板B、集流板B、导液端板B，导液端板A、集流板A、双极板A、正极电极框、离子交换膜、负极电极框、双极板B、集流板B和导液端板B的圆心位置分别开设有螺栓孔，导液端板A和导液端板B分别设有侧面外连接正极进液孔侧面外连接负极进液孔，本发明减少结构件以及减少电堆厚度、体积，能够提高电堆能量密度使用端板仅在内部半开孔，降低了端板加工难度；使电堆紧固更均匀，降低漏液风险。

技术研发人员：石振家,江杉,徐广民,李全龙,宋清爽,吴琼
受保护的技术使用者：大连融科储能技术发展有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12