氧化還原液流電池組的電池框架的製作方法

2023-06-30 05:13:01

專利名稱：氧化還原液流電池組的電池框架的製作方法
技術領域：
本發明涉及一個具有由邊緣限制的開口的氧化還原液流電池組(Redox-Durchflussbatterie)的電池(Zelle)的框架，其中在邊緣上設置有伸入開口的第一流動阻擋器(Stromungsblocker ),並且具有用於導入和導出電解液至電池的通到開口的分配通道，還涉及具有該框架的半電池(Halbzelle)和氧化還原液流電池。
背景技術：
圖3和4示出了氧化還原液流電池組50或者氧化還原液流電池組50組合體(Stack)32的熟知的實施例。該組合體32的電池30—般由兩個相鄰的半電池(Halbzelle) 30a、30b組成，其中每個半電池30a、30b均由一個包含開口 8的框架1構成，在開口內均設置一個電極20並且其中半電池30a、30b至少在開口 8區域內通過半透性薄膜24分隔。第一電解液流過電池30的第一半電池30a以及第二電解液流過該電池的第二半電池30b，其中通過電化學反應產生可以通過組合體32端板46上的電接頭48獲取電流。在氧化還原液流電池組50的某些類型中，例如釩離子氧化還原液流電池或釩/多滷化物電池中，兩種電解液的化學特性在很大程度上相似或者只包含其它一種氧化狀態(例如V2+和V3+，VO2+和VO2+)。該過程也可以反轉，以此給電解液(或電池組(Batterie))充電。通過將各個電池30並排設置，多個這樣的電池30在氧化還原液流電池50中被組合成組合體32，以達到更高的功率或電壓。其中各個電池30通過雙極板22互相分離。含有不同充電狀態(Ladungszustand)的兩種電解液通過端板46中的接頭47被導入或導出並且通過框架1中的孔2、3流過電池30。電池30被設置於兩個端板46或者與其緊鄰的夾固板45之間並且可以用通過螺母42、墊片43和彈簧41撐牢的通孔螺栓40互相壓緊。多個組合體32也可以被組合為一個氧化還原液流電池組50，其中電氣串聯的一組組合體32，也被稱作電池串並且多個電池串可以以電氣並聯的方式運作。該裝置在多個實施例中早已被熟知。為了提高氧化還原液流電池組的效率或者能量效益當然希望整個循環的電解液能流過電極且不存在洩漏或者沒有電解液從電極旁經過。這裡，除了洩漏外，尤其是電極和框架邊緣或者開口邊緣間的區域是問題所在，因為可以確定的是，電極和框架邊緣間會形成流動通道並且因此電解液會從電極旁經過且未被利用地流過電池。從JP 2006-3M129A中可知一個氧化還原液流電池組的框架，其具有內部有電極的開口。電解液通過通到開口的分配通道被導入和導出電池。為了避免電解液從框架和電極間流過，這裡在框架上設置了突起，其延伸進開口並且伸至電極的凹槽。電極緊靠突起。但這樣在突起之前電解液還是一如既往的無阻礙從電極旁流過，因此部分電解液仍沒有被使用。

發明內容
因此本發明的任務是，提供氧化還原液流電池組的電池框架，其改善通過電池循環的電解液利用率。
根據本發明，本任務如此解決通過在開口邊緣設置一個延伸進開口內並且在與開口中的電極組合的狀態下壓入電極的流動阻擋器和在分配通道中用於導入電解液的流入區域和導出電解液的流出區域內設置限制從分配通道到開口的第二阻擋器。以此一方面可以抑制開口和電極間的流動通道的形成並且電解液會被強迫流經電極，這可以提高電流的效率或者能量效益，從而也提高了氧化還原液流電池組的效率或者能量效益。另一方面電解液會被強迫首先流入分配通道，在那裡它們會被分配並且從那裡繼續流入電極。通過該途徑可以阻止電解液在流入或者流出區域從電極旁流過。當流動阻擋器延伸超過開口的整體高度時，阻止開口和電極間形成流動通道的效
果最佳。


下面通過示意性的、非限制性地展示各優選實施例的圖1至5對本發明進行說明。其中圖1示意性地示出了按照本發明的框架的基本視圖，圖2示出了導入電解液的流入區域的詳細視圖，以及圖3和4示出了氧化還原液流電池組的組合體和其詳細視圖。
具體實施例方式下文參考圖1和2來描述根據本發明的框架1的特徵。框架1由合成橡膠製成，例如聚烯烴熱塑性合成橡膠(TPE或ΤΡ0)，例如Santoprene，或者由熱塑性硫化橡膠(TPV)製成，特別是通過壓鑄方式。框架材料具有例如範圍從邵氏A 40到95，優選邵氏A 60至75的硬度。框架1中央設置有開口 8，其中設置有電極20(見圖4)，例如為碳纖維墊。開口8周圍設置有凹槽7，其中可以設置雙極板22(見圖4)。這樣的框架1和電極20構成了氧化還原液流電池組50的組合體32的電池30的半電池30a、30b，如前文所述。框架1還含有通孔加、3a，電解液通過它們被泵吸穿過組合體32以用於電池30的電解液供給和電解液導出。例如其中孔加用於導入以及孔3a用於導出一個半電池的第一電解液。第二電解液通過穿通框架1的孔2b和北引導。框架1的端面S設置通道4、5，其中通道4 一端和導入孔加連接形成導入通道用於電解液導入。第二通道5位於正相對的位置並且和導出孔3a連接形成導出通道用於電解液導出。通道4、5也可以被設置在斷面S的作為密封面的部分中。後面關於用於電解液導入的通道4的描述也適用於用於電解液導出的通道5。但構造或布置不同的導入和導出通道當然也是可行的。通道4朝向端面S開放並且有利地延伸於與端面S平行的平面中通到分配通道9，其被設置於沿著開口 8的一側並且在通向開口 8處由眾多互相併列的隔板(Steg) 10限制。隔板10優選從分配通道9的底面延伸至凹槽7的上邊緣或至端面S，但也可以只延伸超過該高度的一部分。其中隔板10應該從根本上阻止，電極滑入分配通道9或者形變入其中，這會導致電解液的非均勻分配，以及從電極中衝刷出的材料，例如纖維，進入電解液循環或阻塞通道4.電解液通過導入孔加被導入，從那裡通過通道4進入分配通道9，在那裡被平均分配和繼續流入開口 8內設置的電極20。電解液流動通過電極20，在對面通過另一個、優選位置相對的分配通道9被收集和通過導出通道5和導出孔3a再被導出。為了阻止或者盡力禁止在框架1-具體指開口 8的邊緣6-和在組合體32組合後的狀態下被置於開口 8中(見圖4)的電極20之間形成在電解液流動方向上通過電池30的流動通道，在開口 8的邊緣6上設置形為突起的流動阻擋器11。如圖1和圖2所示。該流動阻擋器11優選延伸超過開口 8的整體高度以及從邊緣6延伸至開口 8內部，即與電解液通過電池30或者半電池30a、30b的流動方向是橫向的。在將電極20置於框架1中的情況下，流動阻擋器11會被壓入電極20，並且盡力禁止電解液在邊緣6和電極20間的流動，其中電極20在正常情況下會填滿開口 8。當邊緣6在通道4的流入區域從邊緣6延伸至分配通道9內，可以實現另一個用於抑制框架和電極之間形成流動通道的改進，以阻止電解液在流入區域直接從電極20旁流過。為此在邊緣6上設置另一個、實現為突起的流動阻擋器16，其延伸至分配通道內以及在分配通道9通向開口 8的流入區域限制分配通道9。以此迫使電解液首先流入分配通道9並且從那裡才能到達開口 8或者電極20。其他此類的流動阻擋器16也可以被置於通道5的流出區域。
權利要求
1.一種氧化還原液流電池組的電池的框架，具有由邊緣(6)限制的開口(8)，其中在邊緣(6)上設置有延伸至開口⑶內的流動阻擋器(11)，以及用於導入或導出電解液至電池的通到開口(8)的分配通道(9)，其特徵在於，在分配通道(9)中在分配通道的用於導入電解液至電池單元的流入區域或者用於導出電解液的流出區域內設置有限制分配通道(9)通向開口(8)的第二流動阻擋器(16)。
2.如權利要求1所述的框架，其特徵在於，所述流動阻擋器(11，16)延伸超過開口(8)的整體高度。
3.一種氧化還原液流電池組的半電池，由如權利要求1或2所述的框架組成，其中在框架⑴的開口⑶內設置有電極(20)，第一流動阻擋器(11)被壓入所述電極中。
4.一種氧化還原液流電池組，具有由如權利要求1或2所述的框架(1)組成的半電池(30a，30b)，其中在框架(1)的開口⑶內設置有電極(20)，第一流動阻擋器(11)被壓入所述電極中。
全文摘要
為了改善氧化還原液流電池組的電池能量效益希望電解液能儘可能流過電極而不存在圍繞電極的流動路徑和洩露。為了達到這個目的，提供一種具有通過邊緣6限制的開口8的氧化還原液流電池組的電池的框架，其中在邊緣6上設置第一流動阻擋器11，其延伸入開口8以及在分配通道9中在其用於導入電解液至電池的流入區域或者用於導出電解液的流出區域內設置第二流動阻擋器16，限制分配通道9通向開口8。
文檔編號H01M8/18GK102569862SQ20111042653
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月19日 優先權日2010年12月21日
發明者H·布斯奇, M·哈爾 申請人:塞爾斯託姆有限公司