一種用於全釩液流電池的液流框的製作方法
2023-05-08 13:55:17 1
本實用新型涉及全釩液流電池技術領域，更為具體地涉及一種用於全釩液流電池的液流框。
背景技術：
全釩液流電池是一種高效大容量儲能電池，其具有能量轉換效率高、運行安全、功率和容量可獨立設計、使用壽命長等優點，因此，在新能源接入、智能電網建設等領域具有廣闊的應用前景。
全釩液電池是將不同價態的釩離子溶液作為正極和負極的活性物質，分別儲存在各自的電解液儲液罐中。在對電池充、放電時，通過泵使電解液在儲液罐與電堆之間強制循環流動，並在電堆中完成氧化還原反應，實現電池的充放電功能。因此，電解液在電極上能否均勻分布將直接影響電池各個局部的氧化還原反應，從而影響電池的各項整體功能。
液流框是將電解液從儲液罐導入多孔電極的必經流域，其能否合理均勻地將電解液分布到多孔電極反應區具有非常重要的意義。電解液一旦分布不均，就會降低電極的單位電流密度，引起電堆局部溫度過高，縮短電池的使用壽命。因此，液流框的設計在全釩液流電池的電堆設計中具有至關重要的作用。
技術實現要素：
鑑於上述問題，本實用新型的目的是提供一種用於全釩液流電池的液流框，以優化液流框的分流作用，使最終流入多孔電極的電解液流速均一，提高電極的單位電流密度，降低電堆局部溫度過高的風險。
本實用新型提供的用於全釩液流電池的液流框，包括中空的框體，在框體正面設有進液端和出液端，在進液端和出液端分別對應設置有進液口和出液口，且進液口與出液口分別位於框體兩側的對角位置，進液端和出液端為下凹結構，且進液端與出液端成中心對稱；在進液端設置有與進液口相連的進液端主流道，以及與進液端主流道相連的進液端分流道，在出液端設置有與出液口相連的出液端主流道，以及與出液端主流道相連的出液端分流道；其中，進液端分流道包括進液端第一級分流道和進液端第二級分流道，出液端分流道包括出液端第一級分流道和出液端第二級分流道，進液端第一級分流道和出液端第一級分流道均為連續通暢的三維多孔結構，進液端第二級分流道和出液端第二級分流道均為並排設置的擋板結構，進液端第一級分流道與進液端主流道相連，進液端第二級分流道與進液端第一級分流道相連，框體的中空部分分別與進液端第二級分流道和出液端第二級分流道相連，出液端第二級分流道與出液端第一級分流道相連，出液端第一級分流道與出液端主流道相連，通過進液口、進液端主流道、進液端第一級分流道、進液端第二級分流道、框體的中空部分、出液端第二級分流道、出液端第一級分流道、出液端主流道和出液口形成電解液通道。
此外，優選的結構為：在進液端第一級分流道的左右兩側設置有固定進液端第一級分流道的第一固定部件，且進液端第一分流道與進液端主流道和進液端第二分流道之間均有間隙；在出液端第一級分流道的左右兩側設置有固定出液端第一級分流道的第二固定部件，且出液端第一分流道與出液端主流道和出液端第二分流道之間均有間隙。
此外，優選的結構為：第一固定部件和第二固定部件為凸起的固定柱或凹槽。
此外，優選的結構為：三維多孔結構的孔隙率均大於55％。
此外，優選的結構為：進液端第二級分流道和出液端第二級分流道均由圓柱形、圓角梭子形或圓角矩形的擋板並排間斷連接而成，進液端第二級分流道和出液端第二級分流道的流道空隙率均大於40％。
此外，優選的結構為：框體的中空部分為多孔電極反應區。
此外，優選的結構為：在框體兩側設置有隔膜定位孔。
此外，優選的結構為：隔膜定位孔等距間隔設置在框體的左右兩側。
本實用新型提供的用於全釩液流電池的液流框具有良好的分散性和均勻一致性，並且能夠與多孔電極形成一體，能夠有效改善電解液進入多孔電極的均勻性，從而提高電池的單位電流密度，降低局部溫度過高的風險，有利於提高釩電池的能量效率，進而延長釩電池的使用壽命。
附圖說明
圖1為根據本實用新型實施例的用於全釩液流電池的液流框的結構示意圖；
圖2為固定部件的其中一種結構示意圖。
圖中：框體1、進液口2、出液口3、隔膜定位孔(4、5、6、7)、進液端主流道8、出液端第一級分流道9、進液端第一級分流道10、第一固定部件11、第二固定部件12、擋板13、出液端第二級分流道14、中空部分15、出液端主流道16、進液端第二級分流道17、進液端第一級分流道固定柱21、出液端第一級分流道固定柱22。
具體實施方式
以下將結合附圖對本實用新型的具體實施例進行詳細描述。
為詳細說明本實用新型提供的用於全釩液流電池的液流框，圖1示出了根據本實用新型實施例的用於全釩液流電池的液流框的結構。
如圖1所示，本實用新型提供的用於全釩液流電池的液流框包括中空的框體1，在框體1正面設有進液端和出液端，在進液端和出液端分對應設置有進液口2和出液口3，且進液口2和出液口3分別位於框體1兩側的對角位置。其中，進液端和出液端為下凹結構，且進液端與出液端成中心對稱。
在進液端設置有與進液口2相連的進液端主流道8，以及與進液端主流道8相連的進液端分流道，在出液端設置有與出液口3相連的出液端主流道16，以及與出液端主流道16相連的出液端分流道。其中，進液端分流道包括進液端第一級分流道10和進液端第二級分流道17，出液端分流道包括出液端第一級分流道9和出液端第二級分流道14，進液端第一級分流道10和出液端第一級分流道9均為連續通暢的三維多孔結構，進液端第二級分流道17和出液端第二級分流道14均為並排設置的擋板結構，進液端第一級分流道10與進液端主流道8相連，進液端第二級分流道17與進液端第一級分流道10相連，框體1的中空部分15分別與進液端第二級分流道17和出液端第二級分流道14相連，出液端第二級分流道14與出液端第一級分流道9相連，出液端第一級分流道9與出液端主流道16相連，通過進液口2、進液端主流道8、進液端第一級分流道10、進液端第二級分流道17、框體1的中空部分15、出液端第二級分流道14、出液端第一級分流道9、出液端主流道16和出液口3形成電解液通道。
優選地，進液端第二級分流道和出液端第二級分流道均由圓柱形、圓角梭子形或圓角矩形的擋板並排間斷連接而成，進液端第二級分流道和出液端第二級分流道的流道空隙率均大於40％。
此外，在框體1兩側設置有隔膜定位孔(4、5、6、7)，各隔膜定位孔等距間隔設置在框體1的框體的左右兩側，通過所設置的隔膜定位孔，並利用螺栓將隔膜與本實用新型提供的液流框組裝在一起。
需要說明的是，框體1的中空部分15為多孔電極反應區，進液端第一級分流道10和出液端第一級分流道9可以採用具有低吸溼率及膨脹率的多孔材料製成，其孔隙率大於55％。由於進液端第一級分流道10和出液端第一級分流道9採用多孔材料製成，因此，需要採用固定件將多孔材料進行固定。
即：在進液端第一級分流道10的左右兩側設置有固定進液端第一級分流道10的第一固定部件11，且進液端第一分流道與進液端主流道8和進液端第二分流道之間均有間隙；在出液端第一級分流道9的左右兩側設置有固定出液端第一級分流道9的第二固定部件12，且出液端第一分流道9與出液端主流道16和出液端第二分流道之間均有間隙。
優選地，在多孔材料硬度較低時，可在進液端第一級分流道10和出液端第一級分流道9的左右兩側設置固定部件以對進液端第一級分流道10和出液端第一級分流道9進行固定。其中，設置在進液端第一級分流道10和出液端第一級分流道9的左右兩側的固定部件可以為凸起的固定柱或凹槽。也就是說，上述的第一固定部件11和第二固定部件12可以為凸起的固定柱或凹槽。其中，圖2示出了固定部件的其中一種結構。如圖2所示，在進液端第一級分流道的左右兩側設置有凸起的進液端第一級分流道固定柱21，在出液端第一級分流道的左右兩側設置有凸起的出液端第一級分流道固定柱22，通過進液端第一級分流道固定柱21和出液端第一級分流道固定柱22分別將進液端第一級分流道和出液端第一級分流道進行固定。
在本實用新型的一個示例中，一個電池單體採用兩個液流框，液流框的兩個進液口和兩個出液口分別發揮相應作用，此示例以正極為例說明本實用新型提供的用於全釩液流電池的液流框的導流過程。
電解液通過泵從儲液罐輸送到正極液流框上的進液口，流經進液端主流道，經過主流道與進液端第一級分流道之間的間隙進入三維多孔結構的進液端第一級分流道，在流經進液端第一級分流道後，進入進液端第一級分流道與進液端第二級分流道之間的間隙，接著再進入進液端第二級分流道，經過擋板結構的進液端第二級分流道之後，電解液匯聚於中空部分(即多孔電極反應區)發生反應，而後從出液端第二級分流道分道流出，經過出液端第二級分流道與出液端第一級分流道之間的間隙進入出液端第一級分流道，然後從出液端第一級分流道流出，進入出液端第一級分流道與出液端主流道之間的間隙，再從出液端主流道流出，最終從正極出液口流出，回到儲液罐，完成一個循環。
通過上述可知，本實用新型提供的用於全釩液流電池的液流框具有良好的分散性和均勻一致性，並且能夠與多孔電極形成一體，能夠有效改善電解液進入多孔電極的均勻性，從而提高電池的單位電流密度，降低局部溫度過高的風險，有利於提高釩電池的能量效率，進而延長釩電池的使用壽命。
如上參照附圖以示例的方式描述了根據本實用新型的用於全釩液流電池的液流框。但是，本領域技術人員應當理解，對於上述本實用新型所提出的用於全釩液流電池的液流框，還可以在不脫離本實用新型內容的基礎上做出各種改進。因此，本實用新型的保護範圍應當由所附的權利要求書的內容確定。