[发明专利]钒电池及其端集流板、双集流板以及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及氧化还原液流电池，具体涉及一种全钒氧化还原液流电池的端、双集流板及其制备方法。

背景技术

目前，全钒氧化还原液流电池(钒电池)作为一种新型的二次电池，与其他蓄电池相比，具有充放电速度快、深放电性能好、循环寿命长、绿色环保等优势，在风能和太阳能发电的储能电源以及边远地区储能系统、电厂(电站)调峰、不间断电源(UPS)或应急电源系统(EPS)等领域均存在广泛的应用前景。

影响全钒氧化还原液流电池性能的影响全钒氧化还原液流电池性能的主要因素有膜、电解液及电极材料等，全钒氧化还原液流电池由端电极、集流体(多为多孔疏松导电材料)、隔膜、集流体、电极、集流体(单电池可以没有该部分)、隔膜、集流体、端电极双组成一个完整的电池并依顺序平行叠放，并施加一定的压力使各组成部分紧贴，形成一个完整的单电池。在电池的充放电过程中，充放电反应在导电塑料条和与其紧贴的电极上进行，电流经由端电极、集流体、膜、集流体、电极、集流体、膜、端电极，最后由与端电极复合在一起的铜片导出。目前使用的电极材料主要包括金、钛、铅、钛基铂和氧化铱等金属类电极以及碳素、石墨等非金属类电极。研究结果表明，金属类电极的成本太高，长期使用后容易发生钝化，降低电池性能；而非金属类单一电极的刻蚀现象严重。高分子导电复合电极是一种新型的电化学性能好又不易刻蚀的全钒氧化还原液流电池电极。它是由高分子材料中加入另外一种导电填料或导电聚合物，得到高分子导电复材料，然后与石墨毡等集流体复合。不仅具有导电功能，而且能保持高分子材料的特性，能在较大的范围内调节材料的电学和力学性能。

据文献报道，Haddadi-Asl、澳大利亚新南威尔士州的单一检索有限公司、中南大学等用聚乙烯、尼龙、PP、聚氟乙烯等高分子聚合物与导电材料制备出的导电复合材料虽有良好的导电性但机械性能和成型性能不是特别的优良。因此，目前国内外在使用导电塑料作为集流体的时候通常将导电塑料制成平板形，在应用到全钒氧化还原液流电池中时容易引起电解液在集流板中流动不顺畅，整个流场中容易出现无电解液流经的“死角”，电极极化严重。同时完全使用导电塑料的集流极的刚性和强度不大、易形变，致使全钒氧化还原液流电池很难密封，电池渗液严重。

为了改善电解液在电池中的流动，目前常用的方法是在电极上开槽、在溢流框上开槽或者在碳毡上开槽。而使用高分子导电材料制备的电极因为保证导电性能，其导电材料的添加会造成产品机械性能降低、可加工能力降低，而在溢流框上开槽，会对电池的密封带来不小的麻烦，故在碳毡上开槽为目前许多钒电池研究机构选择的增加电解液流动性能的手段。

目前，使用的碳毡常用的材料有聚丙烯腈材料、石墨材料等，但总体上因其材料的本质特性其反应活性不是太高，需进行处理，常见的处理方式有高温焙烧、浓硫酸浸泡、电化学处理。

发明内容

本发明所解决的第一个技术问题是提供一种钒电池双集流板的制备方法，包括以下步骤：

a、可固化树脂预处理：可固化树脂中加入丙酮混匀，再与固化剂混匀，其中，可固化树脂与丙酮的体积比为1/4-1/2；

b、固化处理：在模具中放入第一活化碳纤维毡，加入预处理后的可固化树脂，常温下固化使得可固化树脂处于未完全凝固态；

c、二次固化：再在固化处理后的第一活化碳纤维毡上放置第二活化碳纤维毡，常温下于1.5-5千帕的压力下保压固化24-48小时即得钒电池双集流板；

其中，第一活化碳纤维毡与第二活化碳纤维毡相同，均由以下方法处理得到：将碳纤维毡置于pH为2-4的硫酸中浸泡12-24小时后，然后用频率为30-70khz的超声波超声10-30分钟后，冷却、洗涤烘干即可。

优选的，活化碳纤维的处理方法中，用蒸馏水洗涤3-4次。

优选的，步骤b中常温下固化6-12小时。

优选的，可固化树脂为环氧树脂、酚醛树脂。

骤b中，可固化树脂层的厚度为0.8～1.7cm。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供了一种钒电池端集流板的方法，包括以下步骤：

a、可固化树脂预处理：可固化树脂中加入丙酮混匀，再与固化剂混匀，其中，可固化树脂与丙酮的体积比为1/4-1/2；

b、固化处理：在模具中放入金属片，加入预处理后的可固化树脂，常温下固化使得可固化树脂处于未完全凝固态；

c、二次固化：再在固化处理后的金属片上放置活化碳纤维毡，常温下于1.5-5千帕的压力下保压固化24-48小时即得钒电池端集流板；