專利名稱：集流板和包括該集流板的雙極集流板、單電池和液流電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及液流電池領(lǐng)域，尤其涉及一種集流板和包括該集流板的雙極集流板、單電池和液流電池。
背景技術(shù)：
全釩氧化還原液流電池是一種以不同價態(tài)的釩離子電解液進行氧化還原的電化學反應裝置，能夠高效地實現(xiàn)化學能與電能之間的相互轉(zhuǎn)化。該類電池具有使用壽命長，能量轉(zhuǎn)化效率高，安全性好，環(huán)境友好等優(yōu)點，能用于風能發(fā)電和光伏發(fā)電配套的大規(guī)模儲能系統(tǒng)，是電網(wǎng)削峰填谷、平衡負載的主要選擇之一。因此，近年來全釩氧化還原液流電池逐漸成為大容量儲能電池研究的重點。全釩氧化還原液流電池分別以釩離子V2+/V3+和V4+/V5+作為電池的正負極氧化還 原電對，將正負極電解液分別存儲于兩個儲液罐中，由耐酸液體泵驅(qū)動活性電解液至反應場所(電池堆)再回至儲液罐中形成循環(huán)液流回路，以實現(xiàn)充放電過程。在全釩氧化還原液流電池儲能系統(tǒng)中，電池堆性能的好壞決定著整個系統(tǒng)的充放電性能，尤其是充放電功率及效率。電池堆是由多片單電池依次疊放壓緊，串聯(lián)而成。其中，傳統(tǒng)的單片液流電池的組成如圖I所示。I’為液流框，2’為集流板，3’為電極，4’為隔膜，各組件組成單體電池，通過N個單體電池的堆疊組成電池堆5’?，F(xiàn)有的液流電池堆一般采用并行液流的方式，旁路電流損耗較大，大大降低液流電池系統(tǒng)的庫侖效率。

實用新型內(nèi)容本實用新型提供了一種集流板和包括該集流板的雙極集流板、單電池和液流電池，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的液流電池的旁路電流損耗大，液流電池系統(tǒng)的能量效率低的問題。根據(jù)本實用新型的一個方面，提供了一種集流板，該集流板包括電極容納部，位于集流板的一側(cè)，用于放置多孔電極；液體流通部，位于集流板遠離電極容納部的一側(cè)，液體流通部具有進液流道和/或出液流道，進液流道的一端通過進液主管道與電解液進口相連通，另一端與多孔電極相連接，出液流道的一端通過出液主管道與電解液出口相連通，另一端與多孔電極相連接。進一步地，上述進液流道和出液流道為迂回流道或直流道。進一步地，上述集流板還包括進液孔洞，位于進液流道的末端，且兩端刻穿，進液孔洞與多孔電極通過并行的進液短流道相連；出液孔洞，位于出液流道的始端，且兩端刻穿，出液孔洞與多孔電極通過并行的出液短流道相連。進一步地，上述進液流道和出液流道的內(nèi)壁具有高分子絕緣材料層。根據(jù)本實用新型的又一個方面，還提供了一種雙極集流板，包括密封件和兩個本實用新型的集流板，兩個集流板分別為一個正極集流板和一個負極集流板，正極集流板和負極集流板的液體流通部的一側(cè)相靠組成雙極集流板，其中，密封件設(shè)置在正極集流板和負極集流板的主液流管道連接處。進一步地，上述液體流通部在與其緊鄰的集流板上形成的鏡像區(qū)域的表面具有高分子絕緣材料層。根據(jù)本實用新型的又一個方面，還提供了一種單電池，包括正極多孔電極、負極多孔電極、離子交換膜、正極集流板和負極集流板，其中，正極集流板和負極集流板為本實用新型的集流板。根據(jù)本實用新型的又一個方面，還提供了一種液流電池，包括一個或多個本實用新型的集流板。在本實用新型的集流板的一側(cè)設(shè)有電極容納部，可以將多孔電極安裝在集流板的內(nèi)部，避免了電解液由液流框流入多孔電極內(nèi)部造成的旁路損耗，并且改善了集流板和多 孔電極之間的密封性；集流板的遠離電極容納部的一側(cè)設(shè)設(shè)置液體流通部，當電解液在液體流通部中的流道中流通時，提供了額外的旁路電流電阻，減少了旁路電流損耗；包含該集流板的單電池和液流電池，結(jié)構(gòu)更加簡單、緊湊，密封方便可靠，液流電池的能量效率得到提聞。除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點之外，本實用新型還有其它的目的、特征和優(yōu)點。下面將參照圖，對本實用新型作進一步詳細的說明。

附圖構(gòu)成本說明書的一部分、用于進一步理解本實用新型，附圖示出了本實用新型的優(yōu)選實施例，并與說明書一起用來說明本實用新型的原理。圖中圖I示出了現(xiàn)有技術(shù)中常用的單片電池及電池堆組裝示意圖；圖2示出了根據(jù)本實用新型的集流板的截面結(jié)構(gòu)及電解液流向示意圖；圖3示出了根據(jù)本實用新型一種實施例的雙極集流板的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4a示出了圖3所示的雙極集流板的正極液體流通部結(jié)構(gòu)示意圖；圖4b示出了與圖4a對應的負極液體流通部結(jié)構(gòu)示意圖；圖5示出了根據(jù)本實用新型的另一種實施例的雙極集流板的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖6示出了根據(jù)本實用新型的單電池結(jié)構(gòu)示意圖；圖7示出了根據(jù)本實用新型的液流電池結(jié)構(gòu)示意圖；圖8a示出了根據(jù)本實用新型一種實施例的液流電池的正極集流板電極容納部結(jié)構(gòu)示意圖；以及圖8b示出了與圖8a對應的負極集流板電極容納部結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型的實施例中的技術(shù)方案進行詳細的說明，但如下實施例以及附圖僅是用以理解本實用新型，而不能限制本實用新型，本實用新型可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。在本實用新型的一種典型的實施方式中，提供了一種集流板，如圖2所示，該集流板包括電極容納部和液體流通部，電極容納部位于集流板2的一側(cè)設(shè)置，用于放置多孔電極3 ;液體流通部位于集流板2遠離電極容納部的一側(cè)設(shè)置，液體流通部具有進液流道7和/或出液流道8，進液流道7的一端通過進液主管道10與電解液進口 9相連通，另一端與多孔電極3相連接，出液流道8的一端通過出液主管道11與電解液出口 12相連通，另一端與多孔電極3相連接。本實用新型的電極容納部和電解液流通部可以通過雕刻也可以利用刻蝕的方法得到，方法簡單易行。將多孔電極3安裝在該電極容納部內(nèi)，避免了電解液由液流框流入多孔電極3內(nèi)部造成的旁路損耗，多孔電極3和集流板2結(jié)構(gòu)緊湊，改善了多孔電極2和集流板之間的密封性，優(yōu)選地，電極容納部的形狀與多孔電極3的形狀相同；電解液流通部內(nèi)設(shè)置有供電解液在集流板 2內(nèi)流動的流道，提供了主液流管道與多孔電極3之間的液流電阻，增加了液流電阻，減少了旁路電流損耗。當本實用新型的集流板上只設(shè)置電極容納部時，將多孔電極安裝在集流板內(nèi)部，可以實現(xiàn)使電池的機構(gòu)更加緊湊、更容易密封的技術(shù)效果；同樣，當在本實用新型的集流板上只設(shè)置液體流通部時，也可以實現(xiàn)增加液流電阻、減少旁路損耗的效果，因此，在集流板上只設(shè)置電極容納部或液體流通部的技術(shù)方案也在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。而且，上述各種設(shè)計之間還可以相互組合，以增加液流電阻、減少旁路電流損耗、提高含有該集流板的液流電池的能量效率，因此，液體流通部設(shè)置并不僅限于本實用新型的實施例和附圖所記載的形式。為了便于表述，本實用新型將具有電極容納部的一側(cè)稱為集流板2的正面，具有液體流通部的一側(cè)稱為集流板2的背面。集流板的正面和集流板的背面之間以及電極容納部和電解液流通部之間的集流板2均需保留一定的厚度，以隔絕液體流通部的未反應的電解液和多孔電極3內(nèi)參與反應以及反應后的電解液，提聞電解液的反應效率。該厚度因集流板2的材料不同而不同，但均需確保電解液不滲漏。集流板2的液體流通部的流道設(shè)置包括只設(shè)置進液流道7或只設(shè)置出液流道8或同時設(shè)置進液流道7和出液流道8。在本實用新型的一種實施例中，如圖2所示，集流板2的液體流通部的流道同時設(shè)置進液流道7和出液流道8，箭頭方向表示電解液的流向，電解液流入多孔電極區(qū)之前所經(jīng)歷的進液流道7和流出電極區(qū)后所經(jīng)歷的出液流道8，電解液依次流經(jīng)電解液進口 9、進液主管道10和進液流道7后進入多孔電極3，在多孔電極3中反應后依次經(jīng)過出液流道8、出液主管道11和電解液出口 12流出集流板2。優(yōu)選地，進液流道7和出液流道8為迂回流道或直流道。本實用新型的流道的主要作用是使電解液在集流板2中的流動途徑變長，進而使得液流電阻進一步增大、旁路電流損耗進一步減小，因此，采用迂回流道或直流道作為進液流道7和出液流道8時，都可以實現(xiàn)上述技術(shù)效果，當選用迂回流道時能進一步延長電解液的流動途徑。優(yōu)選地，如圖2所示，本實用新型的集流板還包括進液孔洞27和出液孔洞28，進液孔洞27位于進液流道7的末端，且兩端刻穿，進液孔洞27與多孔電極3通過并行的進液短流道17相連；出液孔洞28位于出液流道8的始端，且兩端刻穿，出液孔洞28與多孔電極3通過并行的出液短流道18相連。在集流板2上設(shè)置供電解液在液體流通部和電極容納部之間流動的孔洞，方便并行的短流道與孔洞相連將電解液分流，延長了電解液在多孔電極3內(nèi)部的停留時間，為多孔電極3中的正負極電解液提供了更多的反應時間。為了防止電解液在集流板2的液體流通部內(nèi)流動時消耗電荷，在本實用新型的進液流道7和出液流道8的內(nèi)壁具有高分子絕緣材料層。優(yōu)選地，高分子絕緣材料層的形成方法包括但不限于噴涂、刮制、流延或刷制。優(yōu)選地，可用于本實用新型的高分子絕緣材料是耐酸性熱塑性材料或熱固性材料，其中，耐酸性熱塑性材料是聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或聚氯乙烯；熱固性材料是環(huán)氧樹脂。作為舉例，制作高分子絕緣材料層時， 將進液流道7和出液流道8以外的位置遮擋后再進行涂覆，比如將聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯的乳液涂敷于指定部位，之后烘干并在其熔點以上溫度進行燒結(jié)成型即可；使用聚氯乙烯時，利用環(huán)己酮和四氫呋喃等將其溶解形成溶液，將該溶液涂敷于指定部位后，烘干溶劑即可制得指定部位具有高分子絕緣層的集流板；將環(huán)氧樹脂和固化劑混合后噴涂在制定部位，在相應的固化溫度固化即可。采用聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯和環(huán)氧樹脂作為高分子絕緣材料，操作簡單，涂覆效果好。在本實用新型又一種典型的實施方式中，還提供了一種雙極集流板，如圖3和圖5所示，包括密封件6和兩個本實用新型提供的集流板，兩個集流板分別為一個正極集流板21和一個負極集流板22，正極集流板21和負極集流板22的液體流通部的一側(cè)相靠組成雙極集流板，其中，密封件6設(shè)置在正極集流板21和負極集流板22的主液流管道連接處。正極集流板的進液主管道與負極集流板的進液主管道相連構(gòu)成主液流進液管道，正極集流板的出液主管道和負極集流板的出液主管道相連構(gòu)成主液流出液管道，主液流進液管道和主液流出液管道構(gòu)成本實用新型的主液流管道，當正極集流板和負極集流板的連接時，為了避免電解液在主液流管道的連接處泄露，因此，需要在連接處設(shè)置密封件。在本實用新型的一種具體實施例中，如圖3所示，組成雙極集流板的正極集流板21的背面和負極集流板22的背面相靠。為了將正極電解液和負極電解液相互隔離，如圖4a和4b所示，15為集流板標識缺口，在正極集流板21的液體流通部設(shè)置四個密封圈，負極集流板22上設(shè)置有四個與密封圈相對應的密封槽，密封圈和密封槽將正極集流板21的液體流通部和負極集流板22的液體流通部分為八個密封區(qū)域，并且密封區(qū)A-I和密封區(qū)A-2互為鏡像，密封區(qū)B-I和密封區(qū)B-2互為鏡像，密封區(qū)C-I和密封區(qū)C-2互為鏡像，密封區(qū)D-I和密封區(qū)D-2互為鏡像。在正極集流板21的背面，第一密封圈241將正極進液主管道101的出口、正極進液流道71和正極進液孔洞271密封，形成密封區(qū)A-I ;第三密封圈243將正極出液主管道111的入口、正極出液流道81和正極出液孔洞281密封，形成密封區(qū)C-I ;第二密封圈242和第四密封圈244將負極集流板22的液體流通部在正極集流板21上形成的兩個鏡像區(qū)域密封，形成密封區(qū)B-I和密封區(qū)D-I。在負極集流板22的背面，第二密封槽322將負極進液主管道102的出口、負極進液流道72和負極進液孔洞272密封，形成密封區(qū)B-2 ;第四密封槽324將負極出液主管道112的入口、負極出液流道82和負極出液孔洞282出口密封，形成密封區(qū)D-2 ;第一密封圈321和第三密封槽323將正極集流板21的液體流通部在負極集流板22上形成的兩個鏡像區(qū)域密封，形成密封區(qū)A-2和密封區(qū)C-2。在本實用新型的另一種具體實施例中，如圖5所示，正極集流板21的背面和負極集流板22的背面之間還設(shè)置有隔液集流板23。而且，正極集流板211和負極集流板212的液體流通部設(shè)置有密封圈，隔液集流板2’上設(shè)置有與密封圈相對應的密封槽，密封圈和密封槽的作用是將液體流通部的電解液密封。[0043]上述兩種實施例中的雙極集流板只是作為舉例，不管雙極集流板的結(jié)構(gòu)如何，一定要保證反應前的電解液和反應后的電解液的隔離以及正極電解液和負極電解液在液體流通部內(nèi)的隔離。因為，反應前后電解液的性能發(fā)生很大變化，如果反應前后的電解液的混流，在電池系統(tǒng)中循環(huán)利用則會導致電池系統(tǒng)的能量效率降低；如果正極電解液和負極電解液在液體流通部內(nèi)混合或者電解液從液體流通部泄露出去，造成正負極電解液在液體流通部發(fā)生反應或者泄露，將會對電池的效率和壽命產(chǎn)生很大影響，這是液流電池中最不希望發(fā)生的情況。因此，當利用本實用新型的集流板2組裝為雙極集流板時，利用密封圈和密封槽形成相互隔離的區(qū)域，克服了上述問題的出現(xiàn)，同時保證了本實用新型的雙極集流板整體的密封性。優(yōu)選地，為了防止電解液在雙極集流板中流動時消耗電荷，液體流通部在與其相靠的集流板上形成鏡像區(qū)域，在該鏡像區(qū)域的表面具有高分子絕緣材料層。作為舉例說明，結(jié)合圖4a、圖4b和圖5，在密封區(qū)B-I、密封區(qū)D-1、密封區(qū)A-2和密封區(qū)C-2處的液體流通部涂覆有高分子絕緣材料，同樣，隔液集流板23密封槽內(nèi)部與液體流通部成鏡像區(qū)域的部分也涂覆有高分子絕緣材料。 在本實用新型的又一種典型實施方式中，還提供了一種單電池，如圖6所示，該單電池包括正極多孔電極31、負極多孔電極32、離子交換膜4、正極集流板21和負極集流板22，正極集流板21和負極集流板22為本實用新型的集流板。將正極集流板21的電極容納部和負極集流板22的電極容納部相靠，離子交換膜置于兩個相靠的電極容納部中間，因為電極嵌在集流板上，組成的單電池結(jié)構(gòu)緊湊簡單，電解液在所設(shè)計的流道和孔洞中流動，在嵌入集流板的電極內(nèi)反應，減少了電解液的外漏，大大提高了密封可靠性，而且減少了旁路電流損耗，提高了單電池的能量效率。在本實用新型的又一種典型實施方式中，還提供了一種液流電池，如圖7所示，包括正極多孔電極31、負極多孔電極32、離子交換膜4和集流板，其中，集流板為本實用新型的雙極集流板。液流電池的多個集流板2和多孔電極3形成的電池堆結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，密封方便，集流板上的流道增加了電池堆內(nèi)電解液液流電阻，減小了旁路電流，提高液流電池系統(tǒng)的庫侖效率和能量效率。在一種實施例中，液流電池需要設(shè)置隔離裝置，如圖8a所示，15為集流板標識缺口，隔離裝置包括在正極集流板21的電極容納部設(shè)置密封圈，第五密封圈161將正極進液主管道101、正極出液主管道111和正極反應區(qū)密封，形成第一密封區(qū)域，第六密封圈162將負極進液主管道102密封，形成第二密封區(qū)域，第七密封圈163將負極出液主管道112密封，形成第三密封區(qū)域；如圖8b所示，在負極集流板22的電極容納部設(shè)置密封圈，第八密封圈291將負極進液主管道102、負極出液主管道112和負極反應區(qū)密封，形成第四密封區(qū)域，第九密封圈292將正極進液主管道101密封，形成第五密封區(qū)域，第十密封圈293將正極出液主管道111密封，形成第六密封區(qū)域。以上僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種集流板，其特征在于，所述集流板包括 電極容納部，位于集流板(2)的一側(cè)，用于放置多孔電極(3)； 液體流通部，位于所述集流板(2)遠離所述電極容納部的一側(cè)，所述液體流通部具有進液流道(7)和/或出液流道(8)，所述進液流道(7)的一端通過進液主管道(10)與電解液進口(9)相連通，另一端與所述多孔電極(3)相連接，所述出液流道(8)的一端通過出液主管道(11)與電解液出口(12)相連通，另一端與所述多孔電極(3)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集流板，其特征在于，所述進液流道(7)和所述出液流道(8)為迂回流道或直流道。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集流板，其特征在于，所述集流板還包括進液孔洞(27)，位于所述進液流道(7)的末端，且兩端刻穿，所述進液孔洞(27)與所述多孔電極(3)通過并行的進液短流道(17)相連； 出液孔洞(28)，位于所述出液流道(8)的始端，且兩端刻穿，所述出液孔洞(28)與所述多孔電極(3)通過并行的出液短流道(18)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的集流板，其特征在于，所述進液流道(7)和出液流道(8)的內(nèi)壁具有高分子絕緣材料層。
5.一種雙極集流板，其特征在于，包括密封件(6)和兩個權(quán)利要求1-4中任一項所述的集流板，兩個所述集流板分別為一個正極集流板(21)和一個負極集流板(22)，所述正極集流板(21)和負極集流板(22)的液體流通部的一側(cè)相靠組成所述雙極集流板，其中，所述密封件(6)設(shè)置在所述正極集流板(21)和所述負極集流板(22)的主液流管道連接處。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙極集流板，其特征在于，所述液體流通部在與其緊鄰的集流板上形成鏡像區(qū)域，所述鏡像區(qū)域的表面具有高分子絕緣材料層。
7.一種單電池，包括正極多孔電極(31)、負極多孔電極(32)、離子交換膜(4)、正極集流板(21)和負極集流板(22)，其特征在于，所述正極集流板(21)和所述負極集流板(22)為權(quán)利要求1-4中任一項所述的集流板。
8.—種液流電池,其特征在于,包括一個或多個權(quán)利要求1-4中任一項所述的集流板。
專利摘要本實用新型公開了一種集流板和含有其的雙極集流板、單電池和液流電池。該集流板包括電極容納部，位于集流板的一側(cè)，用于放置多孔電極；液體流通部，位于集流板遠離電極容納部的一側(cè)，液體流通部具有進液流道和/或出液流道，進液流道的一端通過進液主管道與電解液進口相連通，另一端與多孔電極相連接，出液流道的一端通過出液主管道與電解液出口相連通，另一端與多孔電極相連接。電極容納部的設(shè)置避免了電解液由液流框流入多孔電極內(nèi)部造成的旁路損耗，改善了集流板和多孔電極之間的密封性；當電解液在液體流通部中的流道流通時，提供了額外的旁路電流電阻，減少了旁路電流損耗，具有該集流板的液流電池的能量效率得到了提高。
文檔編號H01M8/02GK202513235SQ20122014373
公開日2012年10月31日 申請日期2012年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月6日
發(fā)明者萬志偉, 方源, 李婷, 殷聰, 湯浩, 謝光有 申請人:中國東方電氣集團有限公司