一种液流电池的板框结构

1.本实用新型属于储能技术领域，具体涉及一种液流电池的板框结构。


背景技术：

2.氧化还原液流电池是利用含有不同价态的电对的电解液作为正负极活性材料的电池。其正负极的电对有vo
2
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4
等，支持电解液一般为无机酸，例如硫酸、盐酸等。液流电池的电解液分别在电堆的正负极电极上流动，正负极电极之间用离子选择性隔膜隔开，使正负极电解液中的氢离子可通过离子选择性隔膜迁移到另一侧，同时阻隔正负极电极液中的其他离子迁移。
3.随着充放电过程中氧化还原反应的进行，隔膜两侧的电活性物质自然形成了浓度的梯度分布，电活性物质浓差分布导致的极化电阻属于电池的内阻。电解液流速越快、分布越均匀，越有利于消除浓差极化电阻。为了降低电池内阻、提高电池效率，研究人员一直致力于对电解液流动的优化。例如专利申请cn202110143599.4提出一种复合蛇形流道结构，所示复合蛇形流道结构包括刻蚀在双极板上的主流道，主流道首段分裂为n支蛇形流道，尾段由n支蛇形流道汇集，n为大于2的自然数，所述蛇形流道宽度相等，均匀分布；每个蛇形流道的底部设置有预留压缩电极空间。该现有技术通过在双极板上设置流道来强制电解液均匀分布，但是为了进一步降低内阻和实现电解液均匀分配，还需要改进电解液在进入双极板和电极之前的流动方式。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足之处，本实用新型的目的是提出一种液流电池的板框，该板框结构使相邻两个供液流道子区互相轴对称。
5.实现本实用新型上述目的的技术方案为：
6.一种液流电池的板框结构，板框的中部开有电极腔；所述的板框上设置有供电解液进液的n个电解液进口和限流流道，n为2～10之间的正整数；所述电解液进口连接所述限流通道，限流通道与板框中部的电极腔连通；
7.所述限流通道与电解液进口连接的部分为进液第一通道，与电极腔连通的部分为进液第二通道，进液第一通道和进液第二通道之间有弯折；两个相邻的电解液进口及其连接的进液第一通道和第二通道呈轴对称，其对称轴垂直于电解液进口所在的板框的边；n-1条对称轴将所述电极腔分成等面积的n个区域；
8.所述的板框上设置有供电解液出液的n个电解液出口和与电解液出口相连的限流通道，所述限流通道与电解液出口连接的部分为出液第一通道，与电极腔连通的部分为出液第二通道，出液第一通道和出液第二通道之间有弯折；两个相邻的电解液出口及其连接的出液第一通道呈轴对称。
9.在电极面积较大时，一般的应增加电解液进口和出口数量。本技术的发明人尝试
了进口和限流通道全等地逐个增加的设计(即，每增加一个进口，就将第一个进口及所连接的限流通道复制一次)，但运行时有流体短路；将两个相邻的电解液进口及其连接的进液第一通道以轴对称布置，而将避免了局部短路的问题，可以在整个电极区域实现流量的均匀分配。
10.其中，用于进液的限流通道弯折处设置有弧形的分水凸台。
11.本板框结构，限流通道直线部分用分水凸台限制流进的电解液保持稳流流动，再从汇合处扩大流动面积，电解液的阻力降大大降低；弧形的分水凸台保证电解液不致发生紊流，电解液可均匀分布地进入电极腔。
12.优选地，n＝2～6。
13.所述电解液进出可以是两进两出、三进三出、四进四出。电极的面积越大，进口和出口越多，这样有利于电解液在电极上均匀分布。
14.其中，用于出液的限流通道在弯折处设置有弧形的分水凸台。
15.进一步优选地，在所述限流通道的直线部分设置有1或2排分水凸台，所述的直线部分设置的分水凸台形状为圆形、椭圆形、两端为圆弧的棒形或四角为圆弧的矩形。
16.所述的液流电池的板框结构，其优选技术方案之一为，所述电解液进口通过螺纹连接、或熔接的方式连接有外置分流器，所述电解液出口通过螺纹连接、或熔接的方式连接有外置的汇流管路。
17.分流器可以是总管上连接多个支管的形式，所述电解液进口通过螺纹或熔接连接于支管。
18.或，所述电解液进口贯通板框，形成内置的共享通道连接于相邻的电池。
19.本实用新型的有益效果在于：
20.本实用新型提出的液流电池对称流道装配结构，板框上相邻两个子区为左右对称的多进多出板框结构，不管是双进双出，三进三出，还是四进四出，均设计为保证相邻两个供液流道子区左右对称。
21.本实用新型与现技术中的板框流道结构对比，具有以下优点：
22.(1)电解液在电极上的流动分布均匀；
23.(2)在电池体积和电极总面积相近的情况下，本板框结构能降低压降，增大流量，提高电池传质，提高电解液利用率。
附图说明
24.图1为本实用新型实施例1的板框的正面视图。
25.图2为本实用新型实施例1的板框的立体图。
26.图3为本实用新型实施例2板框的正面视图。
27.图4为本实用新型实施例2板框的立体图。
28.图5为本实用新型实施例4板框的正面视图。
29.图6为本实用新型实施例4板框的立体图。
30.图中，
31.1.板框，2.电解液进口，3.限流流道，301.进液第一通道，302.进液第二通道，4.分水凸台，401.弧形的分水凸台，5.电极腔，6.电解液出口。
具体实施方式
32.以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
33.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“上”、“下”“正面”、“背面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，所用术语仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作；因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
34.实施例中，如无特殊说明，所采用的技术手段均为本领域已有的技术手段。
35.实施例1
36.参见图1和图2，一种液流电池的板框结构，板框1的中部开有电极腔5；板框1上设置有供电解液进液的2个电解液进口2和限流流道3，所述电解液进口2连接所述限流通道3；所述限流通道与电解液进口连接的部分为进液第一通道301，与电极腔连通的部分为进液第二通道302，进液第一通道301和进液第二通道302之间有弯折；以平行于进液方向的板框中轴线为对称轴(本实施例中，对称轴垂直于板框的长边)，一个电解液进口2和其连接的进液第一通道301、第二通道，与另一个电解液进口2和其连接的进液第一通道301、第二通道为轴对称，板框上的电解液出口6及其连接的限流通道3也为对称设置；
37.用于进液的对称设置的进液第一通道301从电解液进口处向其对称轴方向延伸，在对称轴处弯折并汇合为和电极腔连通的进液第二通道302，此通道长度和电极腔的一边等长，使电解液均匀地进入电极腔。
38.同样地，板框上用于出液的出液第二通道与板框中部的电极腔5连通。出液第一通道与电解液出口6联通。
39.其中，两个用于进液的限流通道在弯折处汇合，弯折处设置有弧形的分水凸台401。用于出液的限流通道弯折处设置有弧形的分水凸台401。本实施例中，在所述限流通道的直线部分设置有2排分水凸台4，所述的直线部分设置的分水凸台4形状为四角为圆弧的矩形。
40.本实施例液流电池的板框结构中，电解液进口2内设有螺纹，分流器的支管端部设置有外螺纹，电解液进口2通过螺纹连接分流器，电解液从板框边缘流入、从另一边流出。所述电解液出口6通过螺纹连接有汇流管路。
41.本液流电池的板框结构可根据电池容量需求设计尺寸大小。此处提供一组尺寸数据为：外框尺寸长780mm，宽388mm，内框尺寸长680mm,宽264mm，流道宽度20
±
1mm。
42.实施例2
43.参见图3和图4，一种液流电池的板框结构，板框的中部开有电极腔，板框1上设置有供电解液进液的4个电解液进口2和限流流道3，所述电解液进口2连接所述限流通道3；所述限流通道与电解液进口连接的部分为进液第一通道301，与电极腔连通的部分为进液第二通道302，进液第一通道301和进液第二通道302之间有弯折；以平行于进液方向的板框中轴线为对称轴，所述板框上电解液进口2和其连接的进液第一通道301为对称设置，板框上的电解液出口6及其连接的限流通道3也为对称设置；
44.用于进液的对称设置的进液第一通道301从电解液进口处向所述对称轴方向延伸、弯折并汇合为和电极腔连通的进液第二通道302；板框上用于出液的出液第二通道与板
框中部的电极腔连通。用于进液的限流通道汇合处设置有弧形的分水凸台。用于出液的限流通道在弯折处设置有弧形的分水凸台。板框上用于出液的出液第二通道与板框中部的电极腔5连通。出液第一通道与电解液出口6联通。
45.在所述限流通道的直线部分设置有2排分水凸台4，所述的直线部分设置的分水凸台形状为四角为圆弧的矩形。本实施例中，靠近出口或进口的一段限流通道里分水凸台尺寸小于靠近电极腔部分的分水凸台。
46.本实施例的结构中，所述电解液进口贯通板框。多个板框组装为电堆、各板框的电解液进口互通，形成内置的共享通道连接于相邻的电池。类似地，多个板框的电解液出口也互通，形成内置的共享通道。
47.实施例3
48.一种液流电池的板框结构，板框1的中部开有电极腔5；板框1上设置有供电解液进液的4个电解液进口2和限流流道3，所述电解液进口2连接所述限流通道3；以平行于进液方向的板框中轴线为对称轴，相邻的两个电解液进口2和其连接的限流流道为轴对称设置，板框上的四个电解液出口6及其连接的限流通道3也为轴对称设置。3条对称轴将所述电极腔分成等面积的4个区域。本四进四出的结构适用于电极面积较大的电池。
49.与电极腔连通的部分为进液第二通道302，进液第一通道301和进液第二通道302之间有弯折；两条进液第一通道301从电解液进口处向其对称轴方向延伸，在对称轴处汇合为和电极腔连通的第二通道302，此通道长度和电极腔的一边等长，使电解液均匀地进入电极腔。
50.同样地，板框上用于出液的限流通道的上部与板框中部的电极腔5连通。其中，用于进液的限流通道汇合处设置有弧形的分水凸台401。用于出液的限流通道的在弯折处设置有弧形的分水凸台401。
51.本实施例中，在所述限流通道的直线部分设置有2排分水凸台4，所述的直线部分设置的分水凸台4形状为两端为圆弧的棒形。
52.本实施例液流电池的板框结构中，电解液进口2内设有螺纹，分流器的支管端部设置有外螺纹，电解液进口2通过螺纹连接分流器，电解液从板框边缘流入、从另一边流出。所述电解液出口6通过螺纹连接有汇流管路。
53.本液流电池的板框结构的尺寸数据为：外框尺寸长890mm，宽435mm，内框尺寸长710mm,宽278mm，流道宽度20
±
1mm。
54.实施例4
55.参见图5和图6，本实施例提供一种液流电池的板框结构，板框的中部开有电极腔；所述的板框上设置有供电解液进液的3个电解液进口和限流流道；所述电解液进口连接所述限流通道3，限流通道与板框中部的电极腔连通；
56.所述限流通道与电解液进口2连接的部分为进液第一通道301，与电极腔连通的部分为进液第二通道302，进液第一通道301和进液第二通道302之间有弯折；两个相邻的电解液进口及其连接的进液第一通道呈轴对称，其对称轴垂直于电解液进口所在的板框的边；2条对称轴将所述电极腔分成等面积的3个区域；本三进三出的板框结构，进液口和出液口的位置是不相对对称的，进液口和出液口互相错开，有利于电解液流过整个电极。
57.所述的板框上设置有供电解液出液的3个电解液出口和与电解液出口相连的限流
通道3，所述限流通道与电解液出口连接的部分为出液第一通道，与电极腔连通的部分为出液第二通道，出液第一通道和出液第二通道之间有弯折；两个相邻的电解液出口6及其连接的出液第一通道呈轴对称。
58.其中，用于进液的限流通道弯折处设置有弧形的分水凸台401。用于出液的限流通道在弯折处设置有弧形的分水凸台。在所述限流通道的直线部分设置有2排分水凸台，所述的直线部分设置的分水凸台形状两端为圆弧的棒形。
59.本实施例的液流电池的板框结构，所述电解液进口熔接有外置的分流器，所述电解液出口熔接有外置的汇流管路。
60.虽然，以上通过实施例对本实用新型进行了说明，但本领域技术人员应了解，在不偏离本实用新型精神和实质的前提下，对本实用新型所做的改进和变型，均应属于本实用新型的保护范围内。