液流电池电堆的电解液均布装置及包含其的液流电池电堆的制作方法

本发明涉及液流电池，尤其涉及一种液流电池电堆的电解液均布装置及包含其的液流电池电堆。

背景技术：

1、目前风能、太阳能、潮汐能等清洁能源的输出极为不稳定，受气候天气的影响极大，将不稳定的清洁能源与储能技术相结合，将不稳定的电储存后稳定的释放出去，从而满足商用与民用的要求，成为解决不稳定清洁能源利用的关键，同时储能技术可以实现在用电低谷时期将多余的电量储存起来，用电高峰时刻释放出去，实现电能的最大化利用。

2、液流电池储能技术是一种新型电化学储能技术，通过电解液中活性物质在电极上发生氧化还原反应来实现电能和化学能的相互转化的装置，主要用于配套风光发电共同储能和电网峰谷时间用电量调配，是一种大型的储能装置。

3、液流电池技术具有安全可靠、生命周期内性价比高、环境友好、循环寿命长等优点，在大规模超4小时长时间储能领域极具潜力，其中全钒液流电池工业化程度最高，建设的项目最大多，锌溴液流电池，锌铁液流电池、铁铬液流电池和水系有机液流电池均有项目建成，未来市场极大。

4、电堆是液流电池中发生电化学反应的场所，是能量存储和释放的核心部件，电堆的性能直接决定了液流电池的输出功率、能量效率和使用寿命，直接影响整个液流电池储能系统运行的状况，电堆的稳定运行是确保液流电池系统长期稳定工作的基础。

5、良好的热管理、电化学平衡、压力控制等都是电堆设计中需要考虑的关键因素。电堆漏液问题成为影响电堆寿命的关键，电解液分布不均是导致电能能量效率低的主要原因，解决电解液不均的问题，目前主要通过改变单电池开孔直径与单电池液流框限流通道开口口径来实现电解液的均匀分布，这将导致每个单电池均有不同的结构设计，增加了电堆工业化量产的成本。电解液在电堆中的外漏主要集中在电解液的主流道区，当前并无良好的解决办法。

6、因此，需要开发新的电解液向电堆分布的结构以解决电解液分布不均以及电解液泄露的问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种液流电池电堆的电解液均布装置及包含其的液流电池电堆，针对液流电池电堆，设计电解液流通截面不同的均部部件，实现电堆内部各组液流电池的进液量一致，提高各单液流电池之间电解液流量分配的均匀性，增大电堆整体能量效率；而且本发明的均布部件能够有效降低电堆外漏失效风险，提高使用寿命。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种液流电池电堆的电解液均布装置，所述电解液均布装置包括均布部件，所述均布部件具有用于电解液流通的液流通道，所述液流通道上设置有用于与单组液流电池的液流框限流通道开口相连通的至少两个分液孔；沿电解液流动方向，所述液流通道上至少两个分液孔的开口截面积递减，和/或，沿电解液流动方向，所述液流通道用于流通电解液的横截面的面积递减。

4、值得说明的是，本发明针对的是液流电池电堆而非单组液流电池或者单个液流电池，在液流电池电堆的电解液分配过程中，由于受到液流电池电堆内部液流通道长度的影响，使得电解液达到各单个液流电池进液口处压力存在差别且流量不同，从而出现电解液流入各单个液流电池中流量存在差异的情况。本发明通过设置均布部件，即设置沿电解液流动方向，使所述液流通道上至少两个分液孔的开口截面积递减，和/或，所述液流通道用于流通电解液的横截面的面积递减，从而能够使电解液在各处的流速相当，达到实现电解液均布的效果。

5、优选地，所述均布部件用于设置在电堆的电解液共享通道内并与所述电解液共享通道密封连接。

6、本发明通过将均布部件与电解液共享通道进行密封连接，能够避免电解液的泄露情况，提高了电池的使用寿命。

7、优选地，所述密封连接的方式包括胶粘密封和/或激光焊接密封。

8、优选地，所述均布部件外部为等外径圆管，且所述均布部件的外径与所述电解液共享通道的内径配合设置。

9、一般来说，电解液共享通道的横截面为圆形，因此本发明的均布部件的外部设置为等外径圆管，这样能够与电解液共享通道相匹配。

10、优选地，所述液流通道与所述等外径圆管呈偏心设置，即所述液流通道的中心轴与所述等外径圆管的中心轴并不重合。

11、优选地，所述液流通道的中心轴远离所述分液孔设置。

12、本发明优选通过偏心设置的液流通道与等外径圆管，能够使靠近分液孔处的均布部件的壁厚更厚，从而与液流框限流通道开口对接时能够起到更优的密封效果，防止电解液泄露。

13、优选地，所述均布部件的两端与所述电堆的端板进行端面密封。

14、优选地，所述均布部件的一端开口，另一端设置有封板。

15、优选地，所述液流通道上分液孔的个数与液流电池电堆内液流电池的组数相同，且每个分液孔与单组液流电池的液流框限流通道开口相连通。

16、优选地，每组液流电池中至少包括1个单液流电池。

17、优选地，所述液流通道上分液孔的中轴线在同一直线上，且所述分液孔在轴线方向上的开口长度相同。

18、优选地，所述液流通道的两端设置有非开孔区段，所述非开孔区段的长度≥液流电池电堆两侧端板的厚度。

19、优选地，相邻两个所述分液孔之间的间隔的宽度≤相邻两组单组液流电池之间的液流框限流通道的宽度。

20、优选地，所述分液孔在与轴向垂直方向上的宽度范围为1~10mm，例如可以是1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm等。

21、优选地，沿电解液流动方向，所述液流通道上至少两个分液孔的开口截面积递减时，相邻两个分液孔在与轴向垂直方向上的宽度之差为0.01~2mm，例如可以是0.01mm、0.24mm、0.46mm、0.68mm、0.9mm、1.12mm、1.34mm、1.56mm、1.78mm或2mm等。

22、本发明进一步优选相邻两个分液孔在与轴向垂直方向上的宽度之差在上述范围内，能够更好地提高电解液的分布均匀性。

23、优选地，沿电解液流动方向，所述液流通道用于流通电解液的横截面的面积递减时，所述液流通道远离分液孔一侧的轴线向分液孔一侧倾斜。

24、优选地，所述倾斜的渐缩角为5~30°，例如可以是5°、8°、11°、14°、17°、19°、22°、25°、28°或30°等。

25、本发明进一步优选倾斜的渐缩角在上述范围内，能够更好地提高电解液的分布均匀性。

26、优选地，在所述液流通道远离分液孔一侧的轴线向分液孔一侧倾斜的区域，所述均布部件的外侧与所述液流通道之间具有空隙空间。

27、优选地，所述均布部件的材质包括pp、pe、pvc、pph、upvc或cpvc中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合为pp和pe的组合，pvc和pe的组合，pp和pvc的组合，pph和pe的组合，upvc和pe的组合，pp和cpvc的组合。

28、优选地，所述单液流电池包括全钒液流电池、铁铬液流电池或水系有机液流电池。

29、第二方面，本发明提供一种液流电池电堆，所述液流电池电堆包括第一方面所述的液流电池电堆的电解液均布装置。

30、本发明第二方面提供的液流电池电堆内部液流电池之间的分布均匀性高，且液流电池中电解液不易泄露，电池的使用寿命更长，应用前景广阔。

31、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

32、（1）本发明提供的液流电池电堆的电解液均布装置能够实现电解液在液流电池电堆中分模块等量供液，提高各单液流电池之间电解液流量分配的均匀性，电堆内单液流电池电解液入口处电解液流速之间的极差在2.5×10-3m/s以内，且提高了电堆的能量效率，电堆的能量效率在83%以上；

33、（2）本发明提供的液流电池电堆的电解液均布装置将均布部件安装于电堆电解液共享通道内并密封连接，降低电堆外漏失效风险，提高电堆的使用寿命；

34、（3）本发明提供的液流电池电堆的电解液均布装置中均布部件结构简单，易于工程化应用，不需要改变原有单电池开孔工艺，且每个单体电池开孔结构一致，易于机械化加工，能够节约加工成本。