一种复合式电极流场结构及其液流电池电堆

本发明属于液流电池，具体涉及一种复合式电极流场结构及其液流电池电堆。

背景技术：

1、随着经济的发展，对能源的需求日益增加，化石能源的大量消耗所引起的环境问题日益突显。大规模利用可再生能源、实现能源多样化成为世界各国能源安全和可持续发展的重要战略。但是风能，太阳能等再生能源的不连续性和不稳定性，使得他们的直接利用困难，所以利用储能技术，实现可再生能源的连续供应成为解决上述问题的关键。液流电池由于设计灵活(能量，功率分开设计)，安全性好，设计寿命长，已经成为大规模储能市场最有前景的技术之一。

2、电极作为液流电池电化学反应的场所，不仅要求有较好电化学活性，更要求有更小的流动阻力，因此电极结构的优化就变得更为重要。电极流道有利于电解液的均匀分配，缩短电解液在电极内的流动时间，但是电极流道导致膜对应电极流道区域容易损坏，同时电极流道由于电极较软，不易保持流道形状，导致不易电堆装配，且复杂的电极框流道增加了电极框成本，因此解决目前电极框流道、电极流道存在的问题就变得尤为迫切。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种复合式电极流场结构及其液流电池电堆，利用电极空槽结构内嵌入的填充体代替了电极框上复杂的流道分配结构，简化了电极框上的流道结构，同时填充体有效保护了相对应位置的膜材料，避免了电极空槽结构的变形，将电极材料连接在一起，易于电堆装配。

2、为实现上述目的，本发明技术方案如下：

3、本发明提供一种复合式电极流场结构，所述复合式电极流场结构为：裁切电极得到空槽结构，所述空槽内嵌有填充体，所述填充体作为流场结构；所述流场结构包括电极两端的电解液分配入口主流道、电解液分配出口主流道，以及位于电解液分配入口主流道、电解液分配出口主流道之间的若干个电解液分配入口分支流道和若干个电解液分配出口分支流道；所述电解液分配入口分支流道和电解液分配出口分支流道交错排列，且不相通；所述电解液分配入口分支流道与电解液分配入口主流道相连通，所述电解液分配出口分支流道与电解液分配出口主流道相连通。

4、本发明电解液分配入口主流道、电解液分配出口主流道、电解液分配入口流道和电解液分配出口流道为一体式结构或分体式结构，优选为一体式结构。

5、上述技术方案中，进一步地，所述填充体为多孔结构材料。

6、上述技术方案中，进一步地，所述填充体通过热熔焊接或聚丙烯腈基预氧丝捆绑连接在一起。

7、上述技术方案中，进一步地，所述填充体孔隙率为50～99％，所述填充体由pp、pe或pvdf制成。

8、上述技术方案中，进一步地，所述电解液分配入口主流道和电解液分配出口主流道的宽度均为0.5～50mm，厚度均为0.1～10mm，形状为矩形或波浪形。

9、上述技术方案中，进一步地，所述电解液分配入口分支流道和电解液分配出口分支流道的厚度为0.1～10mm；单个分支的宽度为0.5～50mm，形状为矩形、波浪形或锯齿形。

10、上述技术方案中，进一步地，所述电解液分配入口分支流道和若干个电解液分配出口分支流道之间间隔1～200mm。

11、本发明另一方面提供一种液流电池电堆，所述电堆包括上述复合式电极流场结构，电解液分配入口主流道、电解液分配出口主流道分别与电极框上的电解液公用流道入口、出口相连接。

12、上述技术方案中，进一步地，所述电堆由若干个单电池串联组成，所述单电池包括双极板、正极电极框、正极复合式电极流场结构、膜、负极复合式电极流场结构、负极电极框、双极板。本发明还提供一种液流电池电堆，所述电堆包括上述复合式电极流场结构，电解液分配入口主流道、电解液分配出口主流道分别与电极框上的电解液公用流道入口、出口相连接。电解液从电解液分配入口主流道中间位置流入，从电解液分配出口主流道的中间位置流出。

13、本发明复合式电极流场结构中的电解液分配入口主流道、电解液分配出口主流道替代了电极框上的电解液分配口，电解液从电极框公用管道入口流入电解液分配入口主流道，进入若干个电解液分配入口分支流道，然后流经电极材料，进入若干个电解液分配出口分支流道，再汇流于电解液分配出口主流道，经过电极框公用管道出口流出单节电池。

14、本发明的有益效果为：

15、本发明利用电极空槽结构内嵌入的填充体代替了电极框上复杂的流道分配结构，简化了电极框上的流道结构，降低了电极框成本。

16、本发明通过多孔结构的材料填充在电极空槽结构中，避免对相应位置的膜造成损坏。

17、本发明避免了电极空槽结构的变形，将电极材料连接在一起，易于电堆装配。

18、本发明具有较强的可靠性、稳定性，同时该方法简单、易于实现，对于促进液流电池发展具有重要的作用。

技术特征：

1.一种复合式电极流场结构，其特征在于，所述复合式电极流场结构为：裁切电极得到空槽结构，所述空槽内嵌有填充体，所述填充体作为流场结构；

2.根据权利要求1所述的电极流场结构，其特征在于，所述填充体为多孔结构材料。

3.根据权利要求1所述的电极流场结构，其特征在于，所述填充体通过热熔焊接或聚丙烯腈基预氧丝捆绑连接在一起。

4.根据权利要求2所述的电极流场结构，其特征在于，所述填充体孔隙率为50～99％，所述填充体由pp、pe或pvdf制成。

5.根据权利要求1所述的电极流场结构，其特征在于，所述电解液分配入口主流道和电解液分配出口主流道的宽度均为0.5～50mm，厚度均为0.1～10mm，形状为矩形或波浪形。

6.根据权利要求1所述的电极流场结构，其特征在于，所述电解液分配入口分支流道和电解液分配出口分支流道的厚度为0.1～10mm；单个分支的宽度为0.5～50mm，形状为矩形、波浪形或锯齿形。

7.根据权利要求1所述的电极流场结构，其特征在于，所述电解液分配入口分支流道和若干个电解液分配出口分支流道之间间隔1～200mm。

8.一种液流电池电堆，其特征在于，所述电堆包括权利要求1-7任一项所述复合式电极流场结构，电解液分配入口主流道、电解液分配出口主流道分别与电极框上的电解液公用流道入口、出口相连接。

9.根据权利要求8所述电堆，其特征在于，所述电堆由若干个单电池串联组成，所述单电池包括双极板、正极电极框、正极复合式电极流场结构、膜、负极复合式电极流场结构、负极电极框、双极板。

技术总结
本发明属于液流电池技术领域，具体涉及一种复合式电极流场结构及其液流电池电堆。裁切电极得到空槽结构，所述空槽内嵌有填充体，所述填充体作为流场结构；所述流场结构包括电解液分配入口主流道、电解液分配出口主流道、若干个电解液分配入口分支流道和若干个电解液分配出口分支流道；所述电解液分配入口分支流道和电解液分配出口分支流道交错排列，且不相通；所述电解液分配入口分支流道与电解液分配入口主流道相连通，所述电解液分配出口分支流道与电解液分配出口主流道相连通。本发明在电极空槽结构内嵌入填充体，不仅有效保护了膜材料，避免了空槽结构的变形，易于安装，同时可以简化电极框的流道结构，降低电极框成本。

技术研发人员：马相坤,李海霞,乔琳
受保护的技术使用者：大连海事大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12