專利名稱：電化學(xué)電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于電能的儲存和傳輸?shù)碾娀瘜W(xué)系統(tǒng)，尤其涉及建立這種系統(tǒng)的設(shè)備。
工業(yè)電化學(xué)系統(tǒng)，例如二次電池，燃料電池和電解裝置，典型的是由組件構(gòu)成，每一個組件包括多個重復(fù)層疊的子配件，這些子配件夾在一起形成疊層。例如，在氧化還原流動型二次電池中，典型的，每一個子配件由以下部分構(gòu)成電絕緣流動框架(例如，一種支撐子配件的其它組成部分并且同時限定用作電解液流動的管道的部件)、雙電極、離子選擇性膜或聯(lián)合膜電極材料，并且還可以選擇生地配有其它部分層，例如柵網(wǎng)或電催化材料。多個這樣的子配件可以夾在合適的端板之間以構(gòu)成多個串聯(lián)的電化學(xué)電池。由此每一個電池包括兩個雙電極的正極和負(fù)極表面，離子選擇性膜放置在它們之間以在每一個電池中明確地隔出陽極室和陰極室，所述腔室選擇生地包括其它部分例如網(wǎng)柵或電催化材料。典型的，兩種電解液是從兩個儲液器經(jīng)過電解液循環(huán)網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)到電池腔室中的。這種類型的電化學(xué)系統(tǒng)對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是熟知的。
在用于這種配件構(gòu)成的部件制造中，有幾點是應(yīng)重點考慮的。特別是，在電解液循環(huán)系統(tǒng)中抑制分路電流是需要的。分路電流產(chǎn)生是因為導(dǎo)電性路徑，此路徑是通過連接電池腔室的電解液連接網(wǎng)絡(luò)而建立的。含有大量雙極的疊層是尤其重要的問題，它們的出現(xiàn)降低了電池的效率。另外，能夠有效地利用電極的所有有效面積是有益的。為了做到這點，在電解液進(jìn)入電池腔時，必須在電極的表面平均分配電解液。進(jìn)一步說，為了確保在疊層中的液體彼此絕緣并且成功的容納其中以盡可能少泄漏到外界，在疊層中的每個部分之間提供令人滿意的密封是必要的。
P.G.Grimes和R.J.Bellows在標(biāo)題為“在電化學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用中分路電流控制方法”的文章中論述了在這種電池配置中分路電流的發(fā)生，此文章出版在電化學(xué)電池設(shè)計，R.E.White,Ed.:Plenum出版公司，1984,259頁。典型地，通過在電解液循環(huán)網(wǎng)絡(luò)和內(nèi)部電池腔之間為電解液提供曲折的路徑可以減少分路電流。用于獲得這種路徑的一種方法是在電解液循環(huán)網(wǎng)絡(luò)和每一個單獨的電池腔室之間連接長的集流管。然而這種方法的缺點在于它需要至少兩處密封，第一處在集流管的每一個末端，這使得制備工序復(fù)雜并且可能導(dǎo)致電解液泄漏的問題，特別是由于密封處必須應(yīng)付內(nèi)部系統(tǒng)和外部環(huán)境之間通常存在的壓力差。提供曲折路徑的另一種方法包括從與電解液循環(huán)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系的一點到與單獨的電池腔聯(lián)系的一點在流動框架的表面中形成一個長槽。在堆疊的子配件中，極板夾在連續(xù)的層之間以密封槽溝，為電解液形成了曲折的路徑。此方法的缺點在于形成槽的成本高并且額外的層，例如極板，通常必須插入到配件中以提供有效的密封。這種方法也同樣要依據(jù)形成槽溝的需要形成大的框架面積。在對電解液含有曲折路徑以控制分路電流的方法中，電解液泄漏是特別的問題。需要路徑的有效液體密封以抑制泄漏，并且此問題可能會由于高泵壓力經(jīng)常需要推動電解液通過狹長路徑的事實而激化。對于分路電流的問題的另一種解決方案包括通過將液體打破為小滴或水花電力地打破電路，或通過利用某些形式的吸液管；甚至已采用機械水輪型結(jié)構(gòu)。然而由于機械和流動方式很難維護(hù)，這些解決方法在實踐中很少采用。另一些解決方案，勝于消除分路電流，嘗試控制它們的效果，例如，通過輔助電路特意地使電流分路或通過使適當(dāng)?shù)碾娏鹘?jīng)過普通集流管或溝道內(nèi)部連線。然而，這些技術(shù)不能減少整個能量損失。
提供流動框架是有利的，適合形成如上所述的子配件，它是重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元，其中由一疊所述子配件形成一列電化學(xué)電池。流動框架與用于對分路電流提供電阻的裝置以及用于將電解液的平均流動分配到每一個電池的腔室中的裝置一起有利地提供了用于支撐安排在密封環(huán)境中電池所有的其它元件的框架。
因此，本發(fā)明提供一種用于形成子配件的流動框架，所述子配件包括一個雙極電極和安裝在所述流動框架上的離子選擇性膜，并且其中所述子配件可以與其他這樣的子配件層疊以建立一列電化學(xué)電池，由此每一個電池包括兩個電極表面，兩個電極表面之間設(shè)有離子選擇性膜，以限定每一個電池中隔開的陽極電解液容納室和陰極電解液容納室；其中所述流動框架由電絕緣材料形成并且包括(ⅰ)用于在所限定的空間內(nèi)支撐電極和隔膜的腔室限定部分，(ⅱ)至少四個流形限定部分，疊加在所述流動框架上，限定四條集流管，通過集流管將陽極電解液和陰極電解液供應(yīng)到所述陽極電解液容納室和陰極電解液容納室內(nèi)并且也可以將陽極電解液和陰極電解液從所述陽極電解液容納室和陰極電解液容納室內(nèi)除去，(ⅲ)至少兩個腔室進(jìn)口，以允許陽極電解液和陰極電解液從所述集流管流入所述陽極電解液容納室和陰極電解液容納室內(nèi)，和(ⅳ)至少兩個腔室出口，以允許陽極電解液和陰極電解液從所述陽極電解液容納室和陰極電解液容納室流入所述集流管，其特征在于，一個或多個流形限定部分也限定了在集流管和腔室進(jìn)/出口之間的陽極電解液/陰極電解液經(jīng)過的路徑。
因此，在本發(fā)明中，用于在集流管和腔室進(jìn)/出口之間提供陽極電解液/陰極電解液經(jīng)過的路徑形成在流動框架的流形限定部分中。路徑可以包括凹槽，此凹槽切入到流動框架的流形限定部分的一個表面。在層疊流動框架時，凹槽通過相鄰框架的流形限定部分的平表面密封凹槽以形成密封路徑。優(yōu)選的在流形限定部分中所限定的路徑不允許電解液在集流管和腔室進(jìn)/出口之間直接以直線行進(jìn)。最好在集流管和腔室進(jìn)/出口之間電解液成曲折的或迷宮般的路徑。
路徑合并到流形限定部分是有利的，這是因為導(dǎo)致泄漏的壓力差相對小一些，減少了與所述路徑有效液體密封的需要有關(guān)的問題。進(jìn)一步說，因為路徑形成在流形限定部分之內(nèi)，由于無效密封而導(dǎo)致的任何泄漏包含在集流管內(nèi)而不會污染已安裝組件的其它部分。由此，本發(fā)明的流動框架可以比現(xiàn)有技術(shù)中的流動框架更能忍受泄漏。
最好路徑在形狀上大體為螺旋形。最好大體為螺旋形路徑出于多種原因。第一，這樣的路徑避免由于路徑尖角的存在導(dǎo)致的液體壓力的突然下降。第二，達(dá)到了以不同的電壓隔離液體的目標(biāo)同時使占用空間盡可能的少。第三，保持近似為圓形的集流管橫截面，這對于在集流管內(nèi)電解液的有效流動是理想的。最后，它相對的便于制造。
最好，流形限定部分本身與主要的腔室限定部分之間有較遠(yuǎn)的距離。這進(jìn)一步減少了在腔室和集流管之間分路電流行進(jìn)的危險。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，路徑由在所述流形限定部分中可分離可插入的構(gòu)件限定。與分路電流有關(guān)的上述問題的大小取決于構(gòu)成整個疊層雙極電極的數(shù)量。雙極的數(shù)量越多，由于分路電流的發(fā)生導(dǎo)致的損失越嚴(yán)重。進(jìn)一步表明問題不但與分路電流有關(guān)，同時還根據(jù)在給定系統(tǒng)中電解液的特性、在疊層自身中單個子配件的位置和性能以及一列疊層的特性而變化。所述可分離可插入構(gòu)件出現(xiàn)的優(yōu)點在于允許在每一個子配件中每個流動框架的專用化以調(diào)節(jié)對于分路電流的阻力并且同時調(diào)節(jié)對于在集流管中電解液流動的阻力，上述電解液流動阻力依賴于在疊層中子配件的位置并且也依賴于整個疊層的尺寸和特性。進(jìn)一步說，它允許依據(jù)在集流管中電解液的特性在每一個流動框架中對每個流形限定部分的專用化，無論它是供應(yīng)到電池腔室內(nèi)還是從電池腔室內(nèi)流出去。與可分離可插入構(gòu)件的出現(xiàn)有關(guān)的進(jìn)一步的優(yōu)點在于當(dāng)子配件層疊形成電池列，可分離可插入構(gòu)件可以彼此之間相互交錯以使在集流管中電解液吸入到路徑中的位置之間相互有較遠(yuǎn)的距離，以進(jìn)一步減少分路電流的影響。
圍繞流動框架腔室限定部分的周邊，其表面構(gòu)型保持充分連續(xù)是必須的，這樣當(dāng)隔膜包含在層疊的子配件中時就形成了有效的密封以確保陽極電解液室和陰極電解液腔室完全的絕緣。這樣的絕緣可以采用彈性體的密封，焊接或其他方式獲得。在優(yōu)選實施例中，圍繞著框架的腔室限定部分一個表面的周邊延伸以及在下述的整體化密封方式中，提供了小的、相當(dāng)連續(xù)的凸起部分以使在疊放框架時，在一個框架的所述凸起部分和在疊層中相鄰框架的腔室限定部分上的平表面或凹表面之間形成機械壓力。為了限制在隔膜邊緣電解液的交叉污染，設(shè)計機械壓力以確保隔膜作為子配件的一部分具有確定的位置。如上所述利用機械壓力的優(yōu)點在于作為框架的一部分制造相對容易，并且具有足夠緊密的嚙合使陽極電解液和陰極電解液絕緣，彼此之間僅有適度的壓力差。在優(yōu)選例中，這種機械壓力也可以通過在所述凹槽之間提供小的完全持續(xù)的突出部分而在凹槽之間設(shè)置，上述凹槽是切入到流形限定部分中的。在這種情況下，壓力確保當(dāng)流動框架層疊時形成曲折路徑的凹槽彼此絕緣，以使液體和電流不能在相鄰凹槽內(nèi)流動。
在保持陽極電解液容納室和陰極電解液容納室相互隔離的同時，從集流管到電解液腔室電解液的流動必然會受到影響，反之亦然。電解液通過腔室進(jìn)/出口進(jìn)出陽極電解液和陰極電解液腔。在現(xiàn)有技術(shù)的流動框架中，一般采取流動通道完全放置在框架厚度中的形式。然而這種類型的通道很難機械加工或鑄造。因此，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，一個或更多的腔室進(jìn)/出口選擇性地包括可分離插入件，上述插入件具有正好插入到流動框架中的形狀，它們在由流形限定部分所限定路徑的末端與陽極電解液容納室和陰極電解液容納室之間形成了流動通道。所述插入件的外表面最好成型為在腔室進(jìn)/出口中插入件的放置仍可以使流動框架的腔室限定部分的表面構(gòu)型在腔室進(jìn)/出口附近保持連續(xù)。如上所述，這樣的優(yōu)點在于在疊層中的連續(xù)子配件之間形成足夠的密封，并確保在連續(xù)的流動框架之間隔膜層緊密的貼緊，以使陽極電解液容納室和陰極電解液容納室彼此完全絕緣。相反，與腔室進(jìn)/出口的底板連接的插入件的內(nèi)部表面具有一個或更多切入表面的凹槽，凹槽尺寸和形狀由對插入件所希望的流動特性而確定。最好設(shè)計的凹槽引導(dǎo)陽極電解液/陰極電解液均勻地在電極的表面上流動。對于在流動框架中特定的腔室進(jìn)/出口所希望的流動特性取決于多種因素，包括疊層的整體尺寸、在疊層中流動框架的位置、電解液的流動生能等方面的問題。因此插入件可以定制。最好插入件可分離的插入到相應(yīng)位置上，這樣對于特定流動框架，電池進(jìn)/出口的流動特性可以通過插入不同形狀的插入件而簡單的改變，而不用重新設(shè)計整個框架。這種設(shè)計的進(jìn)一步優(yōu)點在于插入件相對的容易制造并且避免了加工流動通道穿過流動框架厚度的需要。
除了在腔室進(jìn)/出口內(nèi)存在可分離插入件之外，還可以通過包含具有適當(dāng)造型的流動分布裝置進(jìn)一步改善電極表面上電解液的分布，上述流動分布裝置在流動框架的兩個底邊的整個寬度上延伸并且位于與腔室進(jìn)/出口臨近的位置上。依據(jù)電極/隔膜/框架/子配件的形成和層疊，流動分布裝置與隔膜一起，限定電解液沿著框架的每一個末端的寬度流動的通道以及向電池腔室中打開的開口，此開口在電極的每一邊上、用于電解液進(jìn)入或離開電極表面的流動。液體流過流動框架末端寬度的阻力由通道的橫截面積確定，同時液體流向電極表面的電阻由向電池腔的開口尺寸確定。合起來，通道的橫截面積和開口尺寸達(dá)到使分布的電解液流在電極表面均勻地流動。因此，在本發(fā)明的最佳實施例中，流經(jīng)流動框架寬度的阻力，由于大橫截面積的通道的采用、在接近腔室進(jìn)/出口的位置最低，由于低橫截面積的通道的采用、在最遠(yuǎn)離腔室進(jìn)/出口的位置最高。橫穿流動框架的寬度，向電池腔室開口的尺寸保持恒定。由此，在接近于腔室出\入口位置，電解液容易沿著框架的寬度流動，無論是分布在框架的整個寬度上，還是從橫穿框架的寬度中緊縮。相反的，在遠(yuǎn)離進(jìn)/出口的位置上，電解液沿著流動框架寬度的流動比較不容易并且由此直接流向電極表面或從電極表面收斂。因此，無論電解液供應(yīng)到電極表面或從電極表面移開，在電極的整個寬度上就具有更均勻地流動。在本發(fā)明中，同時采用液體流動阻力的改變和在框架的每一個末端采用相反的方式。
最好流動框架的整個周邊設(shè)置有當(dāng)框架層疊形成子配件時、在相鄰框架之間形成密封的裝置。進(jìn)一步優(yōu)選的是所述密封裝置包括整體密封裝置，如在我們申請?zhí)枮閃O97/24778的系列申請中所描述的。整體密封裝置包括在框架一個表面上的連續(xù)凹槽，其限定了w寬h深的開口，在框架的另一個表面的連續(xù)豎立構(gòu)件，豎立構(gòu)件的寬度＞w、高度＜h。設(shè)計密封構(gòu)件是為了當(dāng)框架形成疊層時將框架固定在一起，并且阻止電解液從電池中泄漏。
最好，從框架的腔室限定部分向內(nèi)延伸，在由所述腔室限定部分所限定的空間內(nèi)設(shè)置有用于支撐電極的裝置。
本發(fā)明的流動框架可以由任何電絕緣材料形成。但最好由從聚乙烯、聚丙烯、乙烯和丙烯混合的共聚物、乙縮醛、尼龍、聚苯乙烯、聚乙烯對苯二酸鹽、聚偏二乙烯氟化物、乙烯聚合物的氯化物、聚四氟乙烯、氟化乙烯基丙烯共聚物、聚氟氨基化合物、氯化聚甲醛等等中選出的一種或幾種聚合物形成。對于流動框架所希望的構(gòu)造可以通過機械加工、噴射模塑、壓縮模塑或擠壓的方法由這些聚合材料形成。
含有上述流動框架的電化學(xué)設(shè)備也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
由多個流動框架、多個雙極電極、多個離子選擇生隔膜或多個聯(lián)合隔膜電極材料并且還選擇性地具有多個網(wǎng)柵和/或電催化材料加疊在一起構(gòu)造的一列電化學(xué)電池所組成的電化學(xué)設(shè)備也包括在本申請的范圍之內(nèi)。
現(xiàn)在將參考附圖中的例子對本發(fā)明進(jìn)行描述，其中

圖1根據(jù)本發(fā)明的流動框架的原理表示圖。
圖2詳細(xì)地示出根據(jù)本發(fā)明流動框架流形限定部分的圖1所示部分X的放大，包括可隨意分離的限定為螺旋形路徑的部分但并非是可隨意分離的插入件。
圖3A,3B,3C分別示出沿著線A-A,B-B,C-C的橫截面圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的可分離插入件的表示圖。
圖5是一疊子配件的分解圖，每一個子配件由依據(jù)本發(fā)明的流動框架，雙電極，選擇性柵網(wǎng)或催化層和隔膜形成。這種疊層可以形成一列電化學(xué)電池的部件。
參考圖1所示，流動框架包括大體為矩形的腔室限定部分1，此腔室部分1帶有四個大體為圓形的流形限定部分2,3,4,5，上述流形限定部分在矩形腔室限定部分的每一末端上放置兩個。腔室限定部分用于支撐在其已構(gòu)成的空間中的雙極電極和隔膜。由此形成了框架/電極/隔膜子配件，子配件可以與多個其它這樣的配件夾在一起以構(gòu)成串聯(lián)的多個電化學(xué)電池(見圖5)。由此每一個電池包括正極和負(fù)極，兩個雙極電極的表面帶有放置在它們之間的隔膜以在每個電池中明確隔開陽極電解液容納室和陰極電解液容納室。應(yīng)理解對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，相對于腔室限定部分的流形限定部分的位置、框架和流形限定部分的矩形或圓形形狀的選擇在本發(fā)明中都沒有嚴(yán)格的限制。在所描述的實施例中，在堆疊框架時，流形限定部分2和4限定了可以供應(yīng)/除去陰極電解液到/從陰極電解液容納室中的集流管部分6和7。其它流形限定部分3和5，在堆疊框架時，限定了可以供應(yīng)/除去陽極電解液到/從陽極電解液容納室中的集流管部分8,9。
參考圖2和圖3A所示，流形限定部分2和3(僅3在圖2中顯示但2,4和5也存在相同的結(jié)構(gòu)特點)包括可隨意分離環(huán)形構(gòu)件10和11(僅11在圖2中顯示)，將構(gòu)件10和11定型以在流形限定部分2和3內(nèi)緊密配合。雖然本發(fā)明所述實施例提供緊密配合而將環(huán)形構(gòu)件10和11保持在流形限定中，但其它用于將環(huán)形構(gòu)件定位并保持在此位置上的方式也可以采用并也包括在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。可分離環(huán)型構(gòu)件10和11包括兩個并行表面12和13，其中的一個表面實際上是平表面，另一個表面包括陷在其中的螺旋形凹槽14。在疊加框架時，通過將一個框架的平表面13與另一個框架的平表面貼到一起，密封了凹槽14，以在集流管8和腔室進(jìn)/出口15之間為陽極電解液/陰極電解液的通道限定了擴展的螺旋形路徑。表面16描繪出可隨意分離構(gòu)件的圓周表面，此圓周表面與流形限定部分的內(nèi)表面緊密配合?？呻S意分離構(gòu)件可以根據(jù)需要去掉或用帶有不同的凹槽尺寸或不同的凹槽橫截面積的構(gòu)件代替。應(yīng)當(dāng)注意本實施例中圖3A隨意分離構(gòu)件10和11的相對取向。應(yīng)注意凹槽應(yīng)設(shè)在組合流動框架的相反表面。因此，當(dāng)所述電極安裝在由限定為腔室的部分限定的矩形空間時，兩個腔室進(jìn)/出口供應(yīng)陽極電解液/陰極電解液到電極相對面上，上述兩個腔室進(jìn)/出口在框架的一個底邊上并形成兩個流形限定部分。
參考圖2和圖3B，鄰近于流動框架的外周邊并沿著全部外周邊延伸的是裝置17和18，此結(jié)構(gòu)17和18是為了當(dāng)框架層疊形成了一列電化學(xué)電池時，在連續(xù)的框架之間形成密封。這種裝置包括連續(xù)的凹槽17和連續(xù)的凸起18，上述凹槽17具有寬度為w深度為h的開口，上述凸起18具有＞w的寬度和＜h的高度。
參見圖2和圖3C，在矩形限定為腔室部分的每一底邊，在鄰近于腔室進(jìn)/出口的位置上，設(shè)置有造型部分(sculpted portion)19和19’，上述造型部分在所限定的腔室部分的整個寬度方向上延伸，其在造型部分19和19’的每一側(cè)上限定了通道20,20’,21和21’。通道20,20’,21和21’的橫截面積Y,Y,Z和Z’沿著造型部分的長度各自不同，在限定為腔室部分的每一個底邊中相反的構(gòu)型也是這樣的。也就是說，當(dāng)Y’小時，Y是大的，反之也是同樣，同時，Z大時，Z’是小的，反之也是這樣。在接近于腔室進(jìn)/出口的位置上橫截面積大，在遠(yuǎn)離于腔室進(jìn)/出口的位置上橫截面積小。
參考圖2和圖3B及圖3C，從框架的每一個底邊的造型部分19和19’和框架邊緣的內(nèi)表面22向內(nèi)部延伸，提供連續(xù)的邊緣23，電極(未示出)可以連接到此邊緣上形成子配件。
參考圖2和圖3B及圖3C，沿著框架矩形的限定的腔室部分的一個表面的周邊延伸，在用于在連續(xù)的框架之間形成密封的裝置17和18的里面，設(shè)置有小的、完全連續(xù)的突起部分24以在層疊的框架上、一個框架的突起部分24和在疊層中相鄰框架的所限定腔室部分的平表面25之間形成機械壓力。此機械壓力的設(shè)計是為了確保當(dāng)它包括作為子配件的一部分的隔膜在確定的位置上而且還可以使電解液的交叉/或混合減小到最低限度。通過下述在插入元件表面33上同樣的突起部分，此突起部分的連續(xù)生可以在腔室進(jìn)/出口區(qū)域保持。
從流動框架的外邊緣延伸，提供了邊緣部分26，在安裝和拆卸子配件的疊層時，此邊緣26輔助流動框架的控制。
參考圖4所示，用于腔室進(jìn)/出口的插入件包括基體30，此基體30具有在腔室進(jìn)/出口內(nèi)提供緊密封的形狀。與腔室進(jìn)出口的基底接觸的插入件的表面31具有多條凹槽32，在此情況下是四條，用做電解液流動的通道。插入件的相反表面33的形狀正好使插入件安置在框架的矩形部分的腔室進(jìn)/出口表面構(gòu)型內(nèi)，包括保持腔室進(jìn)/出口的臨近位置連續(xù)性的凸起部分24。已描述的實施例的插入件也包括三個已成型的突出部分34,35,36，這些突出部分從插入件的基體30延伸到包括造型部分19和19’的區(qū)域。這些突出部分具有使得在電極表面均勻分布電解液流動的形狀?？煞蛛x插入件的設(shè)計可以改變以使流動框架具有不同的流動特性，由此流動框架可根據(jù)所希望的特性定制。
參考圖5，顯示了包括四個子配件的小疊層結(jié)構(gòu)的分解圖。所示的最初兩個子配件和用于第三個子配件的流動框架夾在一起。在最初的兩個子配件，僅能看出流動框架(40和41)。分解第三個和第四個子配件以顯示它們連續(xù)的層。用于第三個子配件的流動框架42在流動框架42所限定的空間內(nèi)支撐雙極電極43。選擇性可以將由多孔和/或電催化材料制成的層44覆蓋在雙極電極的一個表面上。雖然不用說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說很清楚這種多孔和/或電催化材料層可以選擇生地覆蓋在雙極電極的另一表面。進(jìn)一步說，兩個這樣的層可覆蓋在雙極電極的兩個表面上。子配件中的下一層是隔膜45。這一層比雙極電極43和選擇生層44稍微大一點。元件42至45構(gòu)成了第三子配件。同樣，第四子配件由流動框架46，雙極電極47，選擇生層48和隔膜49構(gòu)成。疊層可以包括多于圖5中所顯示的四個子配件并且在包括這種疊層的電化學(xué)電池中，合適的末端板(未顯示)應(yīng)提供在疊層的每個末端。
權(quán)利要求
1．一種用于形成子配件的流動框架，所述子配件包括一個雙極電極和安裝在所述流動框架上的離子選擇生膜，并且其中所述子配件可以與其他這樣的子配件層疊以建立一列電化學(xué)電池，由此每一個電池包括兩個電極表面，兩個電極表面之間設(shè)有離子選擇性隔膜，以限定每一個電池中隔開的陽極電解液容納室和陰極電解液容納室；其中所述流動框架由電絕緣材料形成并且包括(ⅰ)用于在所限定的空間內(nèi)支撐電極和隔膜的腔室限定部分，(ⅱ)至少四個流形限定部分，疊加在所述流動框架上，限定四條集流管，通過集流管將陽極電解液和陰極電解液供應(yīng)到所述陽極電解液容納室和陰極電解液容納室內(nèi)并且也可以將陽極電解液和陰極電解液從所述陽極電解液容納室和陰極電解液容納室內(nèi)除去，(ⅲ)至少兩個腔室進(jìn)口，以允許陽極電解液和陰極電解液從所述集流管流入所述陽極電解液容納室和陰極電解液容納室內(nèi)，和(ⅳ)至少兩個腔室出口，以允許陽極電解液和陰極電解液從所述陽極電解液容納室和陰極電解液容納室流入所述集流管，其特征在于，一個或多個流形限定部分也限定了在集流管和腔室進(jìn)/出口之間的陽極電解液/陰極電解液經(jīng)過的路徑。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的流動框架，其特征在于路徑包括切入到流動框架的流形限定部分的一個表面的凹槽，使得在層疊流動框架時，所述凹槽通過相鄰框架的流形限定部分的平表面密封凹槽以形成密封路徑。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的流動框架，其特征在于路徑在集流管和腔室進(jìn)/出口之間限定了曲折的或迷宮般的路徑。
4．根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一個所述的流動框架，其特征在于路徑在形狀上大體為螺旋形。
5．根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一個所述的流動框架，其特征在于路徑由在所述流形限定部分中可分離可插入的構(gòu)件限定。
6．根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一個所述的流動框架，其特征在于一個或多個腔室進(jìn)/出口包括可隨意分離的插入件，該插入件具有使得陽極電解液/陰極電解液均勻地流過電極表面并保持流動框架腔室限定部分的表面構(gòu)型的形狀。
7．根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一個所述的流動框架，其特征在于還包括流動分布裝置，該裝置位于鄰近腔室進(jìn)/出口位置，當(dāng)流動框架形成子配件的一部分時，該裝置可使電解液均勻地分布在電極表面上。
8．根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一個所述的流動框架，其特征在于還包括環(huán)繞流動框架周邊延伸的密封裝置。
9．根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一個所述的流動框架，其特征在于還包括在由腔室限定部分限定的空間內(nèi)支撐電極的裝置。
10．根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一個所述的流動框架，其特征在于還包括當(dāng)流動框架疊加形成一列時，在相鄰流動框架的腔室限定部分之間形成機械壓力的裝置。
11．根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一個所述的流動框架，其特征在于，該流動框架由聚合物材料制成。
12．根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一個所述的流動框架，其特征在于流動框架由從聚乙烯、聚丙烯、乙烯和丙烯混合的共聚物、乙縮醛、尼龍、聚苯乙烯、聚乙烯對苯二酸鹽、聚偏二乙烯氟化物、乙烯聚合物的氯化物、聚四氟乙烯、氟化乙烯基丙烯共聚物、聚氟氨基化合物或氯化聚甲醛中選出的一種或幾種聚合物形成。
13．一種子配件，包括權(quán)利要求1至12中任意一個所述的流動框架、雙極電極和離子選擇性隔膜。
14．一種子配件，包括權(quán)利要求1至13中任意一個所述的流動框架和組合的隔膜電極材料。
15．根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的子配件，其特征在于進(jìn)一步包括柵網(wǎng)層和/或電催化層。
16．一種電化學(xué)設(shè)備，包括權(quán)利要求1至12中任意一個所述的流動框架或權(quán)利要求13至15中任意一個所述的子配件。
17．一種電化學(xué)設(shè)備，包括多個權(quán)利要求1至12中任意一個所述的流動框架，或多個權(quán)利要求13至15中任意一個所述的子配件疊加在一起以構(gòu)成一列電化學(xué)電池。
全文摘要
一種用于形成子配件的流動框架,所述子配件包括雙極電極和安裝在所述流動框架上的離子選擇性膜,其中所述子配件可以與其他類似的子配件層疊以建立一列電化學(xué)電池;所述流動框架由電絕緣材料形成且至少包括四個流形限定部分,流形限定部分也用于限定陽極電解液/陰極電解液經(jīng)過的路徑。這種路徑可以在管道和腔室進(jìn)/出口之間限定曲折的路線,此路線可以為螺旋形。
文檔編號H01M8/18GK1321342SQ9981056
公開日2001年11月7日 申請日期1999年9月22日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月29日
發(fā)明者D·G·克拉克, S·H·約瑟夫, H·S·奧爾特斯 申請人:國際電力有限公司