一种液流电池电堆的电极框

本发明涉及一种液流电池电堆的电极框结构，特别涉及电极框上的电解液流道结构。

背景技术：

1、碳中和要求对于传统能源的排放要求越来越严苛，其在总体能源结构中的占比逐步降低。可再生能源，如风能、太阳能的占比逐渐提高，并且大有取代传统能源的趋势。而可再生能源具有不连续、不稳定的特性，难以直接并网使用。因此需要采用储能技术来对可再生能源进行缓冲，进而能够确保并网时的安全性，防止对电网的冲击造成电网瘫痪。储能系统的加入，不仅可以提升可再生能源的并网时间，减少弃风弃光造成的能源浪费，更可以提升电网的柔性，减少更多的火电调峰调频，节能减排。储能技术种类繁多，目前规模最大的是蓄水储能，但其受地理条件限制很难大范围推广应用。电化学储能是目前逐渐趋于成熟的一种技术，而其中以锂电池储能装机容量最高。但是锂电池由于其安全性的原因，在大规模储能中的应用还不成熟。液流电池，尤其是水系液流电池，因其水系特性不易发生火灾等事故成为了大规模储能的首选技术。另外，液流电池的容量与功率可单独设计、寿命长、系统残值高、可深充深放的特点尤其是适合于长时大规模储能。该液流电池技术处于商业化初期，前景广阔。

2、液流电池主要由正极双极板、正极电极框、正极电极、离子传导膜、负极电极、负极电极框、负极双极板以及相邻部件之间的密封材料叠装而组成单电池。液流电池电堆则是由多个单电池依次叠放而成，最终由压力机压紧组装而成。在组装时，电极嵌入到电极框上的空腔中，电解液通过电堆上的电解液流入通孔流入电极框上的入口分支流道中，通过该流道流入电极一侧，并在另一侧汇总在出口分支流道中，从电解液流出通孔流出电堆。在大规模储能系统中，需要更大的电堆输出功率来避免电堆数量过多出现难以调控的问题。由于电堆的输出功率是由串联电池的节数和施加在电池上的电流共同决定，串联的电池数量越多，电堆的电压越高；施加的电流越高，电堆的电流越大，进而功率越高。为了获得更高的效率，电堆的电流不宜过高，因此能够尽可能多的增多串联电池的节数是提高电堆功率的重要手段。但是液流电池因其特有的结构，在串联电池节数增多的过程中，会产生相当大的漏电电流，导致电堆中每一节电池的充电容量不同，系统的效率下降。因而，需要从结构上出发，开发出抑制多节电池电堆中的漏电电流的结构，降低漏电损失，对系统的高效稳定运行具有重要意义。

技术实现思路

1、为了降低上述电堆中出现的漏电电流的同时不显著增大电堆流动阻力，提升电堆的效率和可靠性，本发明提供一种液流电池电堆电极框的结构。

2、本发明提出的一种液流电池电堆的电极框结构，其为中部带有长方形通孔的长方形平板，长方形通孔作为可用于容纳正极或负极电极的空腔。位于电极框平面四周边缘的正极或负极电解液流入通孔、正极或负极电解液流出通孔以及负极或正极电解液流经通孔。

3、在上述电极框的平板一侧表面上，在靠近电解液流入通孔处设有作为电解液入口分支管路的凹槽，电解液流入通孔与电解液入口分支管路的一端相连通；在靠近电解液流出通孔处设有作为电解液出口分支管路的凹槽，电解液流出通孔与电解液出口分支管路的一端相连通。电解液入口分支管路和电解液出口分支管路于长方形通孔的相对二侧对称设置。

4、在电解液入口分支管路和长方形通孔之间设有用于连通它们二者的作为电解液入口分配流道的凹槽，于电解液出口分支管路和长方形通孔之间设有用于连通它们二者的作为电解液出口分配流道的凹槽。电解液入口分配流道和电解液出口分配流道于长方形通孔的相对二侧对称设置。

5、上述电极框上的电解液入口分支管路和电解液出口分支管路的管路长度为l，分支管路的截面面积为s。

6、在电解液入口分支管路和电解液出口分支管路上分别设置有缩颈结构，并且缩颈结构处的截面面积范围为1/3*s～3/4*s，其中优选截面面积范围为1/2*s～2/3*s。

7、本发明提出的一种电极框结构，其在电解液入口分支管路和电解液出口分支管路上分别设置的缩颈结构的数量为4～15个，相邻缩颈结构的间隔距离为0.05l～0.5l。

8、上述的电极框结构，缩颈结构的数量可为4～10个。

9、上述的电极框结构，相邻缩颈结构的间隔距离可为0.1l～0.4l。

10、上述的电极框结构中，缩颈结构是通过改变凹槽的深度和/或宽度实现的。

11、本发明具有如下优点：

12、本发明提出的一种液流电池电堆的电极框结构，通过在电极框的电解液入口分支管道和出口分支管路的截面布置多个不同位置、不同数量和不同截面面积的缩颈结构，在电解液流动阻力增加的可接受范围内，来提升分支管路的电阻，减小电堆内的漏电电流，结构简单容易实施。

技术特征：

1.一种液流电池电堆的电极框结构，

2.按照权利要求1所述的电极框结构，其特征在于：

3.按照权利权利要求2所述的电极框结构，其特征在于：缩颈结构的数量为4～10个。

4.按照权利要求2或3所述的电极框结构，其特征在于：

5.按照权利要求1或2所述的电极框结构，其特征在于：

技术总结
一种液流电池电堆的电极框，位于电极框平面四周边缘外侧的正极/负极电解液流入通孔、正极/负极电解液流出通孔以及负极/正极电解液流经通孔。电极框平面的中间位置设置有镂空的用于容纳正极/负极电极的空腔。在正极/负极电解液流入通孔与正极/负极电极之间和在正极/负极电解液流出通孔与正极/负极电极之间均设置有连通两者的凹槽，为正极/负极电解液入口分支管路和正极/负极电解液出口分支管路。通过在电解液入口和出口分支管路上不同位置设置不同数量和不同截面面积的缩颈结构来实现在可接受的流动阻力增大的基础上减小漏电电流的功能。

技术研发人员：邢枫,李先锋
受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/6/13