本实用新型涉及一种液流电池电堆结构，特别涉及液流电池电堆中的电极框和双极板。
背景技术：
可再生能源的大量并网和调频调峰对传统电网的运行造成了巨大的冲击，由于电网的弹性调节能力不足，导致原本可以上网的风能和太阳能被放弃，造成能源的浪费。随着能源结构的不断调整，电网对于可再生能源的消纳和调频调峰的要求逐渐提高，一款能够协助电网提高可再生能源电能质量、受电网调度的大容量储能装置成为必需。基于此，近年来各种储能技术应运而生。在众多的储能技术中，电化学储能技术因其效率高、环境友好而发展迅速。液流电池作为电化学储能技术的典型装置，具有效率高、循环寿命长、容量和功率可以独立设计、响应快、安全性高、生命周期内性价比高等突出的优势，尤其适合于大规模储能。近20年来发展迅速，已经成为最具有发展潜力的储能技术之一。目前全世界的装机容量已经超过几百兆瓦，为该项技术的商业化奠定了基础。
液流电池电堆，通常采用压滤机的形式进行组装。电堆两端采用钢或铝制金属端板，并通过金属螺杆将内部的集流板、串联的多节单电池和密封材料紧固在一起。其中单电池包括负极双极板、负极电极框、负极电极、离子传导膜、正极电极、正极电极框、正极双极板。在一侧端板上通常设置有正极电解液的进口和出口、负极电解液的进口和出口四个通孔；另一侧端板为无通孔的平板。正极电解液通过端板上的电解液进口通孔流入各个正极电极框的入口分配口中，流经正极电极后汇总至正极电极框的出口分配口中，经端板上的电解液出口通孔流出电堆。负极电解液通过端板上的电解液进口通孔流入各个负极电极框的入口分配口中，流经负极电极后汇总至负极电极框的出口分配口中，经端板上的电解液出口通孔流出电堆。
通常一个电堆中串联的单电池节数受到电解液流量和漏电电流的限制：串联节数越多，每节电池的电解液流量供应不足；漏电电流增大，电堆性能降低。如果电堆中布置三块金属端板：其中电堆两端均布置带有电解液进出液口的端板，在电堆中间布置无通孔的平板。相当于将两个电堆共用一块无通孔平板的端板，并组装在一起。可以解决上述问题，但对于10-20kw级功率的液流电池电堆来说，金属端板、铜集流板等占据了总成本的35％左右，采用该种方案会提高成本约13％，对于大型兆瓦级储能系统来说，不利于成本控制。
技术实现要素：
为了提高电堆性能，减小漏电电流，节约电堆成本。本实用新型提供一种液流电池电堆结构：
所述液流电池电堆，包括依次叠合端板、集流板、第一半电堆、双极板a、第二半电堆、集流板、端板。
其中，第一半电堆和第二半电堆间的的电路串联，第一半电堆和第二半电堆间的液路互不连通。
第一半电堆和第二半电堆分别包括由双极板b间隔的2个以上依次叠合的单电池组件；
单电池组件包括依次叠合的中部通孔处容置有正极的电极框、隔膜、中部通孔处容置有负极的电极框；
中部带通孔的电极框分成二类，第一类为靠近双极板a的二个电极框，其上于远离双极板a的一侧表面的四周边缘设有二个盲孔，盲孔通过位于远离双极板a一侧表面的电解液分配流道与电极框中部通孔相连通，盲孔的开口端分别与其对应侧的第一半电堆或第二半电堆上相应的电解液公共通道相连通；
第二类为靠近双极板b的电极框，其上的四周边缘设有四个通孔，二个通孔通过电极框一侧表面的电解液分配流道与电极框中部通孔相连通；电极框上的四个通孔分别与双极板b四周边缘设有的四个通孔一一对应连通构成四条电解液公共通道。
上述液流电池电堆，正极电解液由第一半电堆端板上的正极电解液入口流入第一半电堆的单电池间的正极电解液流入公共管路，经每个正极电极框上的正极电解液流入分配流道流入电极中，之后再经正极电解液流出分配流道汇入正极电解液流出公共管路，再经过第一半电堆端板上的正极电解液出口流出电堆。其中，正极电解液流入靠近双极板a一侧的正极电极框中的盲孔，经过正极电解液流入分配流道流入电极中，之后再经正极电解液流出分配流道流出另一侧盲孔，流出正极电极框。
负极电解液由第二半电堆端板上的负极电解液入口流入第二半电堆的单电池间的负极电解液流入公共管路，经每个负极电极框上的负极电解液流入分配流道流入电极中，之后再经负极电解液流出分配流道汇入负极电解液流出公共管路，再经过第二半电堆端板上的负极电解液出口流出电堆。其中，负极电解液流入靠近双极板a另一侧的负极电极框中的盲孔，经过负极电解液流入分配流道流入电极中，之后再经负极电解液流出分配流道流出另一侧盲孔，流出负极电极框。
上述液流电池电堆，双极板a与上述第一类电极框之间用橡胶密封垫或橡胶密封垫密封组装；或双极板a与上述第一类电极框之间焊接或粘接密封组装。
上述液流电池电堆，双极板a和双极板b均为平板。
本实用新型具有如下优点：
本实用新型通过对电极框的优化设计带来了以下优点：
1、提高电堆性能，减小漏电电流。
2、简化了电堆组装的流程，减小了电堆的体积；
3、降低电堆成本10％以上。
附图说明
图1为本实用新型提出的液流电池电堆；
其中1.第一半堆；2.双极板a；3.与双极板a靠近的一侧正极电极框；4.与双极板a靠近的另一侧负极电极框；5.第二半堆；6.正极电解液流入口；7.负极电解液流入口；8.负极电解液流出口；9.正极电解液流出口；21.第一半堆端板；22.第一半堆集流板；23.第二半堆端板；24.第二半堆集流板。
图2为本实用新型提出的液流电池电堆的靠近双极板a一侧的正极电极框；
其中10.正极电极框中部通孔；11.中部通孔四周的凹槽；12.正极电解液流出盲孔；13.正极电解液流入盲孔；14.正极电解液流入盲孔与中部通孔10之间相连通的入口分配管路；15.正极电解液流出盲孔与中部通孔10之间相连通的出口分配管路；
图3为本实用新型提出的液流电池电堆的靠近双极板a另一侧的负极电极框；
其中16.负极电解液流入盲孔；17.负极电解液流出盲孔；18.负极电解液流入盲孔与中部通孔20之间相连通的入口分配管路；19.负极电解液流出盲孔与负极电极框中部通孔20之间相连通的出口分配管路；20.负极电极框中部通孔。
具体实施方式
实施例：
图1为本实用新型提出一种液流电池电堆。包括依次叠合第一半堆端板21、第一半堆集流板22、第一半电堆1、双极板a、第二半电堆5、第二半堆集流板24、第二半堆端板23。其中，第一半电堆和第二半电堆间的电路通过双极板a串联，第一半电堆和第二半电堆间的液路互不连通。
第一半电堆1和第二半电堆5包括由双极板b间隔的2个以上依次叠合的单电池组件；单电池组件包括依次叠合的中部通孔处容置有正极电极的电极框、隔膜、中部通孔处容置有负极电极的电极框；
中部带通孔的电极框分成二类，第一类为靠近双极板a的二个电极框，即为图2和图3中的两个电极框。如图2所示。该正极电极框3为平板结构，中间设置有凹槽11。双极板a嵌于凹槽11内的底面环形平台上。电极框上设置有正极电解液流入盲孔13和正极电解液流出盲孔12，正极电解液流入盲孔13和正极电解液流出盲孔12的开口端分别与对应的第一半电堆正极电解液流入公共管路和正极电解液流出公共管路相连通。电解液流入盲孔与中部通孔10之间通过入口分配管路14相连通；电解液流出盲孔与中部通孔10之间通过出口分配管路15相连通。该结构使得朝向第一半电堆1的电极框3一侧的电解液无法流入电极框的另一侧。
电极框4为双极板a另一侧的负极电极框。电极框上设置有负极电解液流入盲孔16和负极电解液流出盲孔17，负极电解液流入盲孔16和负极电解液流出17的开口端分别与对应的第二半电堆正极电解液流入公共管路和正极电解液流出公共管路相连通。负极电解液经由电极框4背面流入负极电解液流入盲孔16中，经负极电解液流入盲孔与中部通孔20之间相连通的入口分配管路18流入中部通孔20中，之后经负极电解液流出盲孔与中部通孔20之间相连通的出口分配管路19，流入负极电解液流出盲孔17中，流出负极电极框。第一半堆和第二半堆因为双极板a两侧电极框上设置的盲孔而互不连通，两个半堆在电解液流动上各自独立，通过双极板a完成电路串联。
第二类为靠近双极板b的电极框，其上的四周边缘设有四个通孔，二个通孔通过电极框一侧表面的电解液分配流道与电极框中部通孔相连通；电极框上的四个通孔分别与双极板b四周边缘设有的四个通孔一一对应连通构成四条电解液公共通道。第二类电极框与双极板b组装于第一半电堆1和第二半电堆5中。
本实用新型提出的液流电池电堆，双极板a和b均为平板结构。双极板a与上述第一类电极框之间焊接或粘接密封组装。双极板b与上述第二类电极框之间焊接或粘接密封组装。
采用40节电池串联构成的电堆与本实用新型提出的电堆结构：第一分堆和第二分堆各20节电池串联进行性能对比。如表1所示。采用4.35mm碳毡作为电极，电极压缩厚度相同，隔膜和双极板采用相同材料。电极框外形尺寸与流道布置完全相同。电极面积均为940cm2。电堆采用恒电流密度100ma/cm2进行充放电测试，获得初始性能。
表1两种结构电堆的初始性能数据
由表1可知，本实用新型提出的液流电池电堆，由于将漏电电流减小50％，进而提升了库仑效率；电解液并联供液的方式减小了流动阻力，提升了电解液流量和分布均匀性，电压效率提升1.4个百分点，能量效率提升约3个百分点。本实用新型提出的电堆避免了多节电池的电堆组装造成的电解液流量供应不足、漏电电流较大的问题。同时，避免了中间设置金属端板、集流板来分割两个半堆带来的成本提升问题。
1.一种液流电池电堆，包括依次叠合端板、集流板、第一半电堆、双极板a、第二半电堆、集流板、端板；
第一半电堆和第二半电堆间的电路串联，第一半电堆和第二半电堆间的液路互不连通；
第一半电堆和第二半电堆分别包括由双极板b间隔的2个以上依次叠合的单电池组件；
单电池组件包括依次叠合的中部通孔处容置有正极的电极框、隔膜、中部通孔处容置有负极的电极框；
中部带通孔的电极框分成二类，第一类为靠近双极板a的二个电极框，其上于远离双极板a的一侧表面的四周边缘设有二个盲孔，盲孔通过位于远离双极板a一侧表面的电解液分配流道与电极框中部通孔相连通，盲孔的开口端分别与其对应侧的第一半电堆或第二半电堆上相应的电解液公共通道相连通；
第二类为靠近双极板b的电极框，其上的四周边缘设有四个通孔，二个通孔通过电极框一侧表面的电解液分配流道与电极框中部通孔相连通；电极框上的四个通孔分别与双极板b四周边缘设有的四个通孔一一对应连通构成四条电解液公共通道。
2.按照权利要求1所述的电堆，其特征在于：
正极电解液由第一半电堆端板上的正极电解液入口流入第一半电堆的单电池间的正极电解液流入公共管路，经每个正极电极框上的正极电解液流入分配流道流入电极中，之后再经正极电解液流出分配流道汇入正极电解液流出公共管路，再经过第一半电堆端板上的正极电解液出口流出电堆；其中，正极电解液流入靠近双极板a一侧的正极电极框中的盲孔，经过正极电解液流入分配流道流入电极中，之后再经正极电解液流出分配流道流出另一侧盲孔，流出正极电极框；
负极电解液由第二半电堆端板上的负极电解液入口流入第二半电堆的单电池间的负极电解液流入公共管路，经每个负极电极框上的负极电解液流入分配流道流入电极中，之后再经负极电解液流出分配流道汇入负极电解液流出公共管路，再经过第二半电堆端板上的负极电解液出口流出电堆；其中，负极电解液流入靠近双极板a另一侧的负极电极框中的盲孔，经过负极电解液流入分配流道流入电极中，之后再经负极电解液流出分配流道流出另一侧盲孔，流出负极电极框。
3.按照权利要求1所述的电堆，其特征在于：
双极板a与上述第一类电极框之间用橡胶密封垫或橡胶密封垫密封组装；或双极板a与上述第一类电极框之间焊接或粘接密封组装。
4.按照权利要求1所述的电堆，其特征在于：
双极板a和双极板b均为平板。
技术总结