一种双极板结构、电堆及液流电池的制作方法

1.本实用新型属于电化学储能技术领域，尤其涉及一种双极板结构、电堆及液流电池。


背景技术：

2.液流电池，全称为氧化还原液流电池，是一种高效的电化学储能技术。液流电池包括电堆，电堆由集流板、端板和多个电池单元等部件组成，其中电池单元由双极板、碳电极、质子交换膜、电极边框等部件组成。其中双极板是液流电池的重要部件之一，双极板上的流道起着输送活性物质（电解液）的作用。
3.目前传统的双极板一般采用平板结构，活性物质通过多孔碳电极（如碳毡）传输，此结构流阻较大，严重影响液流电池的传质能力，不利于电池充放电速率的提升。此外，还有少数具有蛇形流道结构的双极板中，流道结构在同一平面内包括两个相邻且流向完全反向的流动流道，且该反向流道在电极有效面积内流经长度保持一致；在电池的实际运行过程中，当电堆内部全部充满活性物质时，相邻流道间的活性物质浓度差很小，远离流道入口区域活性物质浓差不足以促使活性物质从流道脊下（流道脊与碳毡电极接触的位置）穿越、影响了流道脊下活性物质的传输效率，进而影响了活性物质在电极内分布的均匀性，不利于活性物质与电极反应动力学的提升。


技术实现要素：

4.旨在克服上述现有技术中存在的至少之一处不足，本实用新型提供了一种双极板结构、电堆及液流电池；可提高流道脊下活性物质的传输效率、确保活性物质在电极内分布的均匀性，有利于活性物质与电极反应动力学的提升。
5.为解决上述现有技术中存在的问题，本实用新型实施例提供了一种双极板结构，包括两个背面密封连接的极板；所述极板上设有a口、b口、c口和d口，所述极板的正面并排设置有多个流道单元，每个所述流道单元至少包括两个蛇形连通流道和一个位于两个所述蛇形连通流道之间的蛇形插指流道；
6.所述极板的背面凹设有与所述a口对应且连通的引流a区、与所述b口对应且连通的引流b区；所述极板上设有贯穿所述引流a区的引流a口和贯穿所述引流b区的引流b口；所述蛇形连通流道的两端分别与所述引流a口和所述引流b口连通，所述蛇形插指流道的一端与所述引流a口连通，另一端封闭；
7.两个所述极板连接后，第一个所述极板的所述a口与第二个所述极板的所述c口对应；第一个所述极板的所述b口与第二个所述极板的所述d口对应；第一个所述极板的所述c口与第二个所述极板的所述a口对应；第一个所述极板的所述d口与第二个所述极板的所述b口对应。
8.进一步，所述蛇形连通流道和所述蛇形插指流道均包括若干水平流道段和若干竖直流道段；所述水平流道段和所述竖直流道段交替设置；
9.所述水平流道段的宽度大于所述竖直流道段的宽度，所述水平流道段的深度等于所述竖直流道段的深度。
10.进一步，同一所述流道单元中，所述蛇形连通流道和所述蛇形插指流道之间形成第一流道脊；相邻两个所述流道单元之间形成第二流道脊；
11.所述第一流道脊和所述第二流道脊的水平段的宽度等于所述水平流道段的宽度；竖直段的宽度等于所述竖直流道段的宽度。
12.进一步，所述a口、所述b口、所述c口和所述d口分别设置于所述极板的角部；
13.且所述a口与所述b口位于所述极板的同侧的竖直边部上；或者，所述a口与所述b口呈对角设置。
14.进一步，所述引流a口和所述引流b口分别设置有多个，且设置数量与所述流道单元的设置数量一致。
15.进一步，所述引流a区和所述引流b区上均设有隔板；所述引流a区被相应所述隔板分隔成多个与所述引流a口一一对应的引流a分区；所述引流b区被相应所述隔板分隔成多个与所述引流b口一一对应的引流b分区。
16.进一步，所述引流a分区和所述引流b分区上设有引流凸起。
17.进一步，所述双极板结构中至少一个所述极板的背面设有第一密封槽；
18.所述第一密封槽包括矩形密封段和四个开口端与所述矩形密封段交汇连通的u型密封段；四个所述u型密封段与所述矩形密封段的边部围成封闭区域内；所述a口、所述b口、所述c口、所述d口分别位于相应的所述封闭区域内，且所述引流a区位于与所述a口对应的所述封闭区域内，所述引流b区位于与所述b口对应的所述封闭区域内。
19.本实用新型实施例还提供了一种电堆，用于液流电池，包括多个串联的电池单元，所述电池单元包括双极板、第一电极、第一电极边框结构、质子膜、第二电极边框结构及第二电极极板；所述双极板为上述的双极板结构。
20.本实用新型实施例还提供了一种液流电池，包括上述的电堆。
21.由于采用了上述技术方案，本实用新型取得的有益效果如下：
22.本实用新型中的双极板结构，包括两个背面密封连接的极板；极板上设有a口、b口、c口和d口，极板的正面并排设置有多个流道单元，每个流道单元至少包括两个蛇形连通流道和位于两个蛇形连通流道之间的蛇形插指流道；极板的背面凹设有与a口对应连通的引流a区、与b口对应连通的引流b区；极板上设有贯穿引流a区的引流a口和贯穿引流b区的引流b口；蛇形连通流道的两端分别与引流a口和引流b口连通，蛇形插指流道的一端与引流a口连通，另一端封闭；两个极板连接后，第一个极板的a口与第二个极板的c口对应（用于第一活性物质的流入）；第一个极板的b口与第二个极板的d口对应（用于第一活性物质的流出）；第一个极板的c口与第二个极板的a口对应（用于第二活性物质的流入）；第一个极板的d口与第二个极板的b口对应（用于第二活性物质的流出）。电堆包括具有上述双极板结构的电池单元；液流电池包括电堆。
23.第一活性物质经第一个极板的a口与第二个极板的c口进入第一个极板上的引流a区和第二个极板背面形成的引流a通道，随后从相应的引流a口流入流道单元（进行充放电反应）；最后经第一个极板上的引流b口进入相应引流b区和第二极板板背面形成的引流b通道，并从第一个极板的b口与第二个极板的d口流出。第一活性物质在流道单元中流动时，由
于蛇形插指流道的出口端封闭，致使蛇形插指流道与相邻的蛇形连通流道之间的压力差增大，该压力差可促第一活性物质从流道脊下穿越，提高了流道脊下活性物质的传输效率；蛇形插指流道还可优化第一活性物质浓度与流速分配，确保第一活性物质在电极内分布的均匀性；更能增大第一活性物质在临近引流b口处的流动速度，扰动第一活性物质的流动状态，有利于第一活性物质与电极反应动力学的提升。
24.综上所述，本实用新型可以提高流道脊下活性物质的传输效率、确保活性物质在电极内分布的均匀性，有利于活性物质与电极反应动力学的提升。
附图说明
25.图1是本实用新型双极板结构的结构示意图；
26.图2是图1中a处结构的放大示意图；
27.图3是图1中b处结构的放大示意图；
28.图4是图1中流道单元的结构示意图；
29.图5是图1的结构解图；
30.图6是图4中c处结构的放大示意图；
31.图中：1-第一极板，11-第一a口，12-第一b口，13-第一c口，14-第一d口，15-第一引流a口，16-第一引流b口，2-第二极板，21-第二a口，22-第二b口，23-第二c口，24-第二d口，25-第二引流a口，26-第二引流b口，
32.3-流道单元，31-蛇形连通流道，32-蛇形插指流道，33-水平流道段，34-竖直流道段，35-第一流道脊，36-第二流道脊，4-第二引流a区，41-第一隔板，42-第一引流凸起，5-第二引流b区，51-第二隔板，52-第二引流凸起，6-第一密封槽，61-第一矩形密封段，62-第一u型密封段，7-第二密封槽，71-第二矩形密封段，72-第二u型密封段，8-第一引流a通道，9-第一引流b通道。
具体实施方式
33.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
34.实施例一：
35.由图1至图6共同所示，本实施例公开了一种双极板结构；包括两个背面密封连接的极板；每个极板上设有a口、b口、c口和d口，每个极板的正面均并排设置有多个流道单元3，每个流道单元3至少包括两个蛇形连通流道31和位于两个蛇形连通流道31之间的蛇形插指流道32；每个极板的背面凹设有与a口对应且连通的引流a区、与b口对应且连通的引流b区；每个极板上设有贯穿引流a区的引流a口和贯穿引流b区的引流b口；蛇形连通流道31的两端分别与引流a口和引流b口连通，蛇形插指流道32的一端与引流a口连通，另一端封闭；两个极板背对背连接后，第一个极板的a口与第二个极板的c口对应、用于第一活性物质的流入；第一个极板的b口与第二个极板的d口对应、用于第一活性物质的流出；第一个极板的c口与第二个极板的a口对应、用于第二活性物质的流入；第一个极板的d口与第二个极板的b口对应、用于第二活性物质的流出。简言之，就是第二个极板翻转180度后与第一个极板粘
mm；第一流道脊35和第二流道脊36的水平段的宽度为5 mm，竖直段的宽度为3.5mm。
42.本实施例中，引流a口（第一引流a口15和第二引流a口25）和引流b口（第一引流b口16和第二引流b口26）分别设置有多个，且设置数量与流道单元3的设置数量一致，一一对应可进一步确保活性物质分配的均匀性。
43.本实施例中，引流a口与引流b口呈长条形且沿极板竖直边方向延伸。还有一些实施例中，引流a口与引流b口选择倾斜设置；倾斜设置有助于活性物质向流道单元3中扩散，减小活性物质的局部压力损失；引流a口与引流b口的形状和角度不作限制。
44.为了减少活性物质进出流道单元3以及在流道单元3内流动时的波动性，本实施例对上述引流a区和引流b区进行了改进，增加了宽度和高度相同的隔板和引流凸起；下面以第二极板2上的第二引流a区4为例进行详细说明；参见图6，第二引流a区4上设有第一隔板41，第二引流a区4被第一隔板41分隔（等分）成多个与第二引流a口25一一对应的引流a分区；引流a分区上间隔设有两个第一引流凸起42。参见图5，第二引流b区5被第二隔板51分隔成（等分）多个与第二引流b口26一一对应的引流b分区；引流b分区间隔设有两个第二引流凸起52。
45.本实施例中，第一极板1或/和第二极板2的背面设有第一密封槽6。下面以第二极板2背面设置第一密封槽6为例进行详细说明；参见图6，第一密封槽6包括第一矩形密封段61和四个开口端与第一矩形密封段61交汇连通的第一u型密封段62；四个第一u型密封段62与第一矩形密封段61的边部围成封闭区域内；第二a口21、第二b口22、第二c口23、第二d口24分别位于相应的封闭区域内，且第二引流a区4位于与第二a口21对应的封闭区域内，第二引流b区5位于与第二b口22对应的封闭区域内。第一密封槽6内设的密封胶起到双重作用，第一，将第一极板与第二极板粘结固定，固定后保证两个极板的背面充分接触，保证良好的导电性；第二，将第二引流a区4、第二引流b区5周边完全密封，确保电池运行时活性物质不溢出、不外流。
46.第一极板1和第二极板2的正面均设有第二密封槽7，下面以第一极板1正面设置的第二密封槽7为例进行详细说明。参见图1，第二密封槽7包括第二矩形密封段71和四个开口端与第二矩形密封段71交汇连通的第二u型密封段72；四个第二u型密封段72与第二矩形密封段71的边部围成封闭区域内；第一a口11、第一b口12、第一c口13、第一d口14分别位于相应的封闭区域内，第二矩形密封段71环设在流道单元3、第一引流a口15和第一引流b口16的外周侧。
47.需要说明的是，除了第一密封槽6外，第一极板1和第二极板2的其它结构特征完全相同，为了简化描述，对完全相同的结构特征针对第一极板1或第二极板2作了一遍描述。比如，图中所示出的第一极板1的正面结构同样也是第二极板2的正面结构（被遮挡），上文仅针对第一极板1的正面结构作出了描述；图中所示出的第二极板2的背面结构（除了第一密封槽6）同样也是第一极板1的背面结构（被遮挡），上文仅针对第二极板2的正面结构作出了描述。
48.实施例二：
49.本实施例还公开了一种电堆，多个串联的电池单元，电池单元包括双极板、第一电极、第一电极边框结构、质子膜、第二电极边框结构及第二电极极板；其中双极板采用实施例一公开的双极板结构；其它结构可参见现有技术，在此不做赘述。
50.实施例三：
51.本实施例还公开了一种液流电池，包括实施例二公开的电堆。
52.综上所述，本实用新型可以提高流道脊下活性物质的传输效率、确保活性物质在电极内分布的均匀性，有利于活性物质与电极反应动力学的提升。
53.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。