电极框及其适用的液流电池的制作方法

1.本实用新型主要涉及液流电池领域，尤其涉及一种电极框及其适用的液流电池。


背景技术：

2.化石能源的短缺以及日益增加的开采成本严重影响到经济的可持续发展，当前，以风能、太阳能等可再生能源为主的新能源大规模的并入电网，然而，由于这类能源形式的间歇性和不稳定性，使其并网过程受到了一定的制约。大规模储能装置是解决这一问题的关键技术。全钒液流电池由于其安全可靠、环境负荷低、电解液可循环利用、寿命长等优点，是目前最适合大规模储能的技术方案之一。
3.电堆是全钒液流电池的核心部件，电堆是由很多节单电池组成，每节单电池包括极框、多孔电极、离子交换膜、双极板等部件。在大规模储能装置中，电堆活性区域面积较大，碳毡中的电解液分布很难均匀


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题是提供一种电极框及其适用的液流电池，可以使电解液在电极中的流动更加均匀，减小流动阻力，降低浓差极化，从而提升电堆性能。
5.为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种液流电池的电极框，其特征在于，所述电极框包括进口均流区和出口均流区，所述进口均流区和所述出口均流区包括多个第一凸台和多个第二凸台，所述第一凸台和所述第二凸台具有不同的尺寸参数。
6.在本实用新型的一实施例中，所述多个第一凸台位于所述进口均流区和/或所述出口均流区中的中心区域，所述多个第二凸台位于所述进口均流区和/或所述出口均流区中的边缘区域。
7.在本实用新型的一实施例中，所述尺寸参数包括长和宽，至少部分的所述第一凸台的长和宽大于所述至少部分的所述第二凸台的长和宽。
8.在本实用新型的一实施例中，所述第一凸台和/或所述第二凸台的至少一表面具有倒圆角。
9.在本实用新型的一实施例中，所述进口均流区和/或所述出口均流区的形状为矩形、梯形或扇形，所述电极框的外边缘轮廓为矩形、梯形、扇形或圆形。
10.在本实用新型的一实施例中，还包括中空区，所述中空区适于容纳电极。
11.在本实用新型的一实施例中，还包括出口公共流道口、出口流道、进口公共流道口和进口流道，其中，所述出口流道连接所述出口公共流道口和所述出口均流区，所述进口流道连接所述进口公共流道口和所述进口均流区。
12.在本实用新型的一实施例中，所述出口公共流道口和/或所述进口公共流道口的形状为圆形。
13.为了解决上述的技术问题，本实用新型的另一方面还提出了一种液流电池，所述液流电池包括上述的电极框。
14.与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：本实用新型的电极框结构简单、易于加工，其中的均流区域可使电解液在电极内的流动更加均匀，减少流动阻力，降低浓差极化；特别的，本实用新型的极框均流区域设有凸台，可对电解液进入电极区之前进行二次加速，提高电解液在电极内流动速度。
附图说明
15.包括附图是为提供对本技术进一步的理解，它们被收录并构成本技术的一部分，附图示出了本技术的实施例，并与本说明书一起起到解释本实用新型原理的作用。附图中：
16.图1是本实用新型一实施例的一种液流电池的电极框的三视图；
17.图2是本实用新型一实施例的一种液流电池的电极框中的第一凸台和第二凸台的局部示意图；
18.图3是本实用新型一实施例的一种液流电池的电极框中电解液流动仿真图；以及
19.图4是应用本实用新型一实施例的一种液流电池的电极框的电极内流动死区分布云图。
具体实施方式
20.为了更清楚地说明本技术的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本技术应用于其他类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。
21.如本技术和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
22.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本技术的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
23.在本技术的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
24.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
25.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本技术保护范围的限制。此外，尽管本技术中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本技术说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本技术。
26.应当理解，当一个部件被称为“在另一个部件上”、“连接到另一个部件”或“接触另一个部件”时，它可以直接在该另一个部件之上、连接于或耦合于、或接触该另一个部件，或者可以存在插入部件。相比之下，当一个部件被称为“直接在另一个部件上”、“直接连接于”或“直接接触”另一个部件时，不存在插入部件。
27.根据图1，本实用新型的一实施例提出了一种液流电池的电极框10(以下简称“电极框10”)。在图1中，标号11、12和13分别代表了电极框10的正视图、侧视图和俯视图。根据图1，电极框10包括进口均流区101和出口均流区102。特别的，在进口均流区101和出口均流区102中分别包括多个第一凸台103和多个第二凸台104，在本实用新型包括图1在内的不同实施例中，第一凸台103和第二凸台104均具有不同的尺寸参数，可以理解为第一凸台103和第二凸台104的大小和/或形状存在差异。
28.具体来说，在本实用新型包括图1的实施例中，多个第一凸台103位于进口均流区101和出口均流区102中的中心区域(例如是在图1中用标记x所指示的出口进流区102的中心区域)，而多个第二凸台104则位于进口均流区101和出口均流区102中的边缘区域(例如是在图1中用标记y所指示的出口进流区102的边缘区域)。但是本实用新型不以图1示出的示例为限，例如，在本实用新型的一些其他的实施例中，进口均流区和出口均流区的中心区域和边缘区域的大小可能与图1示出的有所差异；另外，也可能只有进口均流区、或只有出口均流区中同时具有尺寸参数不同的第一凸台和第二凸台，本实用新型不对此做出限制。
29.更清楚的参考图2所示，图2示出了如图1所示的实施例中出口均流区102中同时具有第一凸台103和第二凸台104部位的局部放大图。在本实施例中，用以衡量第一凸台103和第二凸台104大小的尺寸参数包括长和宽，很明显的，第一凸台103的长和宽均大于第二凸台104的长和宽。在图1和图2示出的实施例中，全部的第一凸台103和全部的第二凸台104各自具有相同的尺寸参数，因此，在这样的实施例中，所有的第一凸台103的长和宽均大于第二凸台104的长和宽，但是本实用新型不以此为限。在本实用新型的其他实施例中，可以仅有部分的第一凸台103的长和宽大于第二凸台104的长和宽。示例性的，在本实用新型的一些实施例中，第一凸台的长在5～10mm之间，宽在2～4mm之间；同时，第二凸台的长在3～6mm之间，宽在1～2mm之间。具体的，在图1和图2示出的实施例中，第一凸台103的长为5mm，宽为
2mm，厚度为2.5mm；而第二凸台104的长为3mm，宽为1mm，厚度为2.5mm。
30.另外，在图2中也可以清楚的看出，第一凸台103和第二凸台104在空间上具有倒圆角，也即其上表面和下表面处均具有倒圆角。例如，在图1和图2示出的实施例中，第一凸台103的倒圆角处的直径为2mm，而第二凸台104的倒圆角处的直径为1mm。
31.在如图1所示的实施例中，进口均流区101和出口均流区102的形状为梯形，但是本实用新型不以此为限，在本实用新型一些其他的实施例中，进口均流区和出口均流区的形状还可以变化为矩形或扇形。另外，如图1所示的电极框10整体的外边缘轮廓为矩形，本实用新型也不对此做出限制，在其他的实施例中，电极框外边缘轮廓还可以变化为梯形、扇形或圆形。
32.在图1示出的实施例中，电极框10还包括中空区105，中空区适于容纳液流电池活性反应的电极。示例性的，在如图1所示的实施例中，电极框整体的长为620mm，宽为350mm，厚度为4mm；进一步的，中空区105的长为580mm，宽为220mm。在此基础上，电极框10还包括出口公共流道口106、出口流道107、进口公共流道口108和进口流道109。具体的，出口流道107连接出口公共流道口106和出口均流区102，进口流道109连接进口公共流道口108和进口均流区101。在电极框10所应用的液流电池工作时，电解液由进口公共流道口108经过进口流道109再经过进口均流区101最终进入位于中空区105的电极，然后从电极通过出口均流区102再经过出口流道107进入出口公共流道口106。在图1示出的实施例中，出口公共流道口106和进口公共流道口108的形状为圆形，且个数各自为1个，但是本实用新型不对以图1示出的示例为限。在实际应用中，出口公共流道口和进口公共流道口的数量和大小可以根据电堆功率和电极活性面积确定。
33.进一步的，为了更清楚的说明本技术的技术效果，图3示出了如图1所示的电极框10在其所应用的液流电池工作时，其中的电解液流动的仿真图30，特别的，图4示出了如图1所示的中空区105中放置的电极内流动死区分布云图40。具体的，对如图1所示的电极框10和位于中空区105的电极进行流动仿真，图3示出了电解液在电极框10和电极内部整体的流场分布云图。从图3中可以看出，电解液在电极内部速度分布非常均匀，速度均接近0.0077m/s。另外，图4特别示出了电极内流动死区分布云图，死区即速度低于电解液流动平均速度90％的区域。由图4可见，死区41面积非常小，仅约占2％，电极内部低速区域较小。因此，采用本技术的电极框结构，可以使得电解液在电极内部的流动更加均匀，降低浓差极化，减少流动阻力，提高电解液在电极内整体的流动速度和电堆的性能。
34.在以上说明的本实用新型的一种液流电池的电极框的基础上，本实用新型的另一方面还提出了一种液流电池，在该液流电池中，应用了上述的电极框。关于液流电池的其他结构，可以参考现有技术，由于不是本实用新型的重点，在此不做展开说明。
35.上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述实用新型披露仅仅作为示例，而并不构成对本技术的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本技术进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本技术中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本技术示范实施例的精神和范围。
36.同时，本技术使用了特定词语来描述本技术的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本技术至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施
例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本技术的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
37.计算机可读介质可能包含一个内含有计算机程序编码的传播数据信号，例如在基带上或作为载波的一部分。该传播信号可能有多种表现形式，包括电磁形式、光形式等等、或合适的组合形式。计算机可读介质可以是除计算机可读存储介质之外的任何计算机可读介质，该介质可以通过连接至一个指令执行系统、装置或设备以实现通讯、传播或传输供使用的程序。位于计算机可读介质上的程序编码可以通过任何合适的介质进行传播，包括无线电、电缆、光纤电缆、射频信号、或类似介质、或任何上述介质的组合。
38.同理，应当注意的是，为了简化本技术披露的表述，从而帮助对一个或多个实用新型实施例的理解，前文对本技术实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本技术对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
39.一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有
±
20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本技术一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。
40.虽然本技术已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本技术，在没有脱离本技术精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本技术的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本技术的权利要求书的范围内。