一种锌溴单液流电堆的制作方法

1.本发明涉及液流电池储能技术领域，特别涉及一种锌溴单液流电池领域。


背景技术：

2.锌溴单液流电池是一种新型的低成本、高效率、长使用寿命的液流电池储能技术，具有较高的能量密度。锌溴单液流电池作为一种沉积性电池，其循环稳定性是电池可靠性的关键所在。将电解液平均分配给各节电池是提高电池稳定性的有效途径。在现有技术中，由于电堆中单电池的串联节数较多，无法保证流入电堆每节单电池的流量相等或相差很小，因此优化电堆的电解液流动方式是解决电堆流动均匀性的关键所在。除此之外，由于锌溴单液流电池的本身特性以及采用的隔膜，电堆的库伦效率往往偏低，并且由于各节材料的不均匀性，导致电堆各节自放电程度不同，加剧了电堆各节的不均匀程度，因此提升电堆的库伦效率也是保证电堆稳定性的必要条件。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种锌溴单液流电堆结构。
4.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
5.一种锌溴单液流电堆，包括由m n节单电池串联而成的电池组,m和n分别为大于等于2的整数，单电池包括依次层叠的负极电极框、隔膜、正极电极框，负极碳毡电极与正极碳毡电极分别放置于负极电极框中部通孔内和正极电极框中部通孔内；
6.所述负极电极框为一中部带有通孔的平板，于板体上设有垂直于板体表面的作为电解液公用进口流道a的通孔、作为电解液公用出口流道a的通孔、作为电解液公用进口流道b的通孔、作为电解液公用出口流道b的通孔；电池组中公用进口流道a依次相连通，公用出口流道a依次相连通，公用进口流道b依次相连通，公用出口流道b依次相连通；
7.于其中m节单电池中，公用进口流道a与每个负极电极框上的负极电解液进口流道相连，负极电解液进口流道通过分配流道与负极电极框的中部通孔区域相连，公用出口流道a与每个负极电极框上的负极电解液出口流道相连，负极电解液出口流道通过分配流道与负极电极框的中部通孔区域相连；
8.于其中n节单电池中，公用进口流道b与每个负极电极框上的负极电解液进口流道相连，负极电解液进口流道通过分配流道与负极电极框的中部通孔区域相连，公用出口流道b与每个负极电极框上的负极电解液出口流道相连，负极电解液出口流道通过分配流道与负极电极框的中部通孔区域相连。
9.组装电堆后，负极电解液在电堆运行时分为a、b两个流路；流路a：负极电解液经过电堆进液导流板流入公用进口流道a，通过负极进口a流入负极电极框，从负极出口流出负极电极框至公用出口流道a，经过电堆出液导流板流出电堆；流路b：负极电解液经过电堆进液导流板流入公用进口流道b,通过负极进口流入负极电极框，从负极出口流出负极电极框至公用出口流道b，经过电堆出液导流板流出电堆。
10.所述负极电极框为一中部带有通过的平板，于平板的一侧表面上通孔的相对二侧分别设有负极电解液进口流道和负极电解液出口流道，以及连通负极电解液进口流道和中部通孔的电解液进口分配流道、连通负极电解液出口流道和中部通孔的电解液出口分配流道。
11.m和n分别为大于等于2的整数；m节单电池顺序层叠后与n节单电池顺序层叠串联构成电池组；或m节单电池中的1节以上单电池与n节单电池中的1节以上单电池交替层叠串联构成电池组。
12.有益效果
13.本发明所提供的锌溴单液流电堆结构，负极电极框由a、b两组构成，负极电极框a设置1条进口公用流道和出口公用流道，负极电极框b设置另1条进口公用流道和出口公用流道，将负极电解液分为a、b两条流路，减少了每条公用流道中需要分配的电池节数，增加了电解液在电堆中的分配均匀性，提升电堆的稳定性；并且将电堆的公用流道分开，可以有效减小漏电电流的影响，增加电堆的库伦效率。
附图说明
14.图1传统电极框示意图；
15.图2本发明负极电极框a示意图；
16.图3本发明负极电极框b示意图；
17.图4本发明正极电极框示意图；
18.图5本发明所提供的的电极框组装示意图；
19.其中，1为进液导流板，2为负极电极框a，3为正极电极框，4为负极电极框b，5为出液导流板，6为正极电解液流路，7为负极电解液流路a，8为负极电解液流路b；
20.图6对比例的充放电性能曲线。
21.图7实施例1的充放电性能曲线。
22.图8实施例2的充放电性能曲线。
具体实施方式
23.对比例
24.对比例采用传统电极框结构组装锌溴单液流电堆。单电池包括依次层叠的负极电极框、隔膜、正极电极框，负极碳毡电极与正极碳毡电极分别放置于负极电极框中部通孔内和正极电极框中部通孔内；负极电极框为一中部带有通孔的平板，于板体上设有垂直于板体表面的作为电解液公用进口流道的通孔、作为电解液公用出口流道的通孔；电池组中公用进口流道依次相连通，公用出口流道依次相连通；公用进口流道与每个负极电极框上的负极电解液进口流道相连，负极电解液进口流道通过分配流道与负极电极框的中部通孔区域相连，公用出口流道与每个负极电极框上的负极电解液出口流道相连，负极电解液出口流道通过分配流道与负极电极框的中部通孔区域相连；
25.电解液采用2mol/l溴化锌溶液、3mol/l氯化钾溶液和0.8mol/l mep络合剂。具体电极尺寸、电堆节数以及充放电制度如下所示：
26.电极面积：1000cm2。
27.电堆节数：20节
28.电流密度：40ma/cm2，充电时间：1小时，放电截止电压：16v
29.电堆充放电库伦效率89.2％，电压效率82.4％，能量效率73.5％
30.实施例1
31.实施例1采用本发明提供的电极框结构组装锌溴单液流电堆，单电池包括依次层叠的负极电极框、隔膜、正极电极框，负极碳毡电极与正极碳毡电极分别放置于负极电极框中部通孔内和正极电极框中部通孔内；负极电极框为一中部带有通孔的平板，于板体上设有垂直于板体表面的作为电解液公用进口流道a的通孔、作为电解液公用出口流道a的通孔、作为电解液公用进口流道b的通孔、作为电解液公用出口流道b的通孔；电池组中公用进口流道a依次相连通，公用出口流道a依次相连通，公用进口流道b依次相连通，公用出口流道b依次相连通；于其中10节单电池中，公用进口流道a与每个负极电极框上的负极电解液进口流道相连，负极电解液进口流道通过分配流道与负极电极框的中部通孔区域相连，公用出口流道a与每个负极电极框上的负极电解液出口流道相连，负极电解液出口流道通过分配流道与负极电极框的中部通孔区域相连；于另外10节单电池中，公用进口流道b与每个负极电极框上的负极电解液进口流道相连，负极电解液进口流道通过分配流道与负极电极框的中部通孔区域相连，公用出口流道b与每个负极电极框上的负极电解液出口流道相连，负极电解液出口流道通过分配流道与负极电极框的中部通孔区域相连。组装电堆后，负极电解液在电堆运行时分为a、b两个流路；流路a：负极电解液经过电堆进液导流板流入公用进口流道a，通过负极进口a流入负极电极框，从负极出口流出负极电极框至公用出口流道a，经过电堆出液导流板流出电堆；流路b：负极电解液经过电堆进液导流板流入公用进口流道b,通过负极进口流入负极电极框，从负极出口流出负极电极框至公用出口流道b，经过电堆出液导流板流出电堆。所述负极电极框为一中部带有通过的平板，于平板的一侧表面上通孔的相对二侧分别设有负极电解液进口流道和负极电解液出口流道，以及连通负极电解液进口流道和中部通孔的电解液进口分配流道、连通负极电解液出口流道和中部通孔的电解液出口分配流道。10节公用进口流道a与每个负极电极框上的负极电解液进口流道相连的单电池顺序层叠后与另外10节公用进口流道b与每个负极电极框上的负极电解液进口流道相连的单电池顺序层叠串联构成电池组。
32.电解液采用2mol/l溴化锌溶液、3mol/l氯化钾溶液和0.8mol/l mep络合剂。具体电极尺寸、电堆节数以及充放电制度如下所示：
33.电极面积：1000cm2。
34.电堆节数：20节
35.电流密度：40ma/cm2，充电时间：1小时，放电截止电压：16v
36.电堆充放电库伦效率95.6％，电压效率84.1％，能量效率80.3％
37.实施例2
38.实施例2采用本发明提供的电极框结构组装锌溴单液流电堆，单电池包括依次层叠的负极电极框、隔膜、正极电极框，负极碳毡电极与正极碳毡电极分别放置于负极电极框中部通孔内和正极电极框中部通孔内；负极电极框为一中部带有通孔的平板，于板体上设有垂直于板体表面的作为电解液公用进口流道a的通孔、作为电解液公用出口流道a的通孔、作为电解液公用进口流道b的通孔、作为电解液公用出口流道b的通孔；电池组中公用进
口流道a依次相连通，公用出口流道a依次相连通，公用进口流道b依次相连通，公用出口流道b依次相连通；于其中15节单电池中，公用进口流道a与每个负极电极框上的负极电解液进口流道相连，负极电解液进口流道通过分配流道与负极电极框的中部通孔区域相连，公用出口流道a与每个负极电极框上的负极电解液出口流道相连，负极电解液出口流道通过分配流道与负极电极框的中部通孔区域相连；于另外15节单电池中，公用进口流道b与每个负极电极框上的负极电解液进口流道相连，负极电解液进口流道通过分配流道与负极电极框的中部通孔区域相连，公用出口流道b与每个负极电极框上的负极电解液出口流道相连，负极电解液出口流道通过分配流道与负极电极框的中部通孔区域相连。组装电堆后，负极电解液在电堆运行时分为a、b两个流路；流路a：负极电解液经过电堆进液导流板流入公用进口流道a，通过负极进口a流入负极电极框，从负极出口流出负极电极框至公用出口流道a，经过电堆出液导流板流出电堆；流路b：负极电解液经过电堆进液导流板流入公用进口流道b,通过负极进口流入负极电极框，从负极出口流出负极电极框至公用出口流道b，经过电堆出液导流板流出电堆。所述负极电极框为一中部带有通过的平板，于平板的一侧表面上通孔的相对二侧分别设有负极电解液进口流道和负极电解液出口流道，以及连通负极电解液进口流道和中部通孔的电解液进口分配流道、连通负极电解液出口流道和中部通孔的电解液出口分配流道。15节公用进口流道a与每个负极电极框上的负极电解液进口流道相连的单电池顺序层叠后与另外15节公用进口流道b与每个负极电极框上的负极电解液进口流道相连的单电池顺序层叠串联构成电池组。
39.电解液采用2mol/l溴化锌溶液、3mol/l氯化钾溶液和0.8mol/l mep络合剂。具体电极尺寸、电堆节数以及充放电制度如下所示：
40.电极面积：1000cm2。
41.电堆节数：30节
42.电流密度：40ma/cm2，充电时间：1小时，放电截止电压：24v
43.电堆充放电库伦效率91.6％，电压效率83.1％，能量效率76.1％
44.对比例中，采用了传统的电极框结构组装了锌溴单液流电堆20节，电堆的库伦效率为89.2％，并且从电堆的循环性能曲线来看，电堆在每连续运行20个循环左右后，电堆的性能都有大幅度地衰减，电堆的稳定性不好。
45.实施例1采用了本发明提高的电极框结构组装了锌溴单液流电堆20节，电堆的库伦效率为95.6％，相比于对比例中的电堆，其性能有了大幅度地提升。这是由于采用了本发明提供的电极框结构后，电堆的漏电电流减小，电堆的容量损失随之减小。并且从电堆的循环性能曲线来看，电堆在连续运行140个循环后，电堆的性能依然没有衰减，还能够保持在95％以上，因此电堆的稳定性也得到了大幅度地改善。
46.实施例2采用了本发明提供的电极框结构组装了锌溴单液流电堆30节，电堆的库伦效率为91.5％，由于电堆节数的增加，其性能相比于实施例1有所下降，但是相比于对比例仍然要高于其性能，从循环性能曲线来看，电堆连续运行140个循环性能保持率良好，电堆稳定性依然可以保持。
47.因此得出结论，采用本发明所提供的电极框结构组装锌溴单液流电堆后，由于电堆内部中1条公用流道所占有的电池节数减小，因此电堆的漏电电流得到抑制，电堆的库伦效率可大幅度地提升；同样由于将电堆的进口分为a、b两条流路，每一条流路所分配的电池
节数减少，电解液分配给每一节电极框的流量更加均匀，电堆的稳定性也可以得到大幅度的改善。