[发明专利]一种全钒液流电池

说明书

一种全钒液流电池，其正极为石墨纤维材料，负极为碳纤维材料。本发明结合了高结晶度石墨纤维材料抗氧化能力强和低结晶度碳纤维材料电催化活性高的优点，在不提高电池极化的前提下提高了正极的抗氧化能力，从而可提高电池的充电截止电压，进一步可提高电解液的利用率，降低电池单位千瓦时的成本。

技术领域

本发明涉及化学储能技术中的液流储能电池领域，特别涉及全钒液流电池的电极。

背景技术

全钒液流电池因其具有输出功率和容量相互独立，系统设计灵活；能量效率高，寿命长，运行稳定性和可靠性高，自放电低；选址自由度大，无污染、维护简单，运营成本低，安全性高等优点，在规模储能方面具有广阔的发展前景，被认为是解决太阳能、风能等可再生能源发电系统随机性和间歇性非稳态特征的有效方法，在可再生能源发电和智能电网建设中有着重大需求。

电极作为液流储能电池的关键部件之一，其性能对液流储能电池的影响极大。电极的电导率直接影响着电池的欧姆内阻；其表面与电解液的亲和作用力会影响到活性物质在电极界面的传输速率；它的电化学催化活性也将直接决定电化学反应的本征反应速率，总之，电极材料影响着电池的电化学极化、浓差极化和欧姆极化，涉及到了电池电化学阻抗的全部组成要素。这些要素在极大程度上影响着电池的工作电流密度和能量效率。

目前，液流电池中正负极使用相同的碳纤维材料，最常见的是碳毡或石墨毡。石墨毡作为电极，由于石墨毡的电催化活性较低，导致电池的电化学极化较大，电池的电压效率偏低。而碳毡作为电极，尽管获得了较高的电压效率，但由于其抗氧化性不够高，导致其在充电末期容易被氧化而影响电池的库仑效率和寿命，因此，为防止该情况的发生，全钒液流电池的充电截止电压常被设置在1.55V，而此举又会导致电解液利用率偏低。

发明内容

本发明旨在提供一种在不降低全钒液流电池电压效率的前提下提高电解液利用率的解决方案，鉴于全钒液流电池的电化学极化主要由负极极化组成，通过正负极选取不同的电极材料，即正极选择抗氧化能力高的石墨纤维材料，负极则选择电催化活性高的碳纤维材料，可在不提高电池极化的前提下提高正极的抗氧化能力，从而提高电池的充电截止电压，进一步可提高电解液的利用率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种全钒液流电池，其特征在于：正极为高结晶度的石墨纤维材料，如石墨毡或石墨纸，负极为低结晶度的碳纤维材料，如碳毡或碳纸。

所述高结晶度的碳纤维材料为经2000℃及以上温度石墨化处理得到的石墨毡或石墨纸，碳含量为96-99.99％，优选地，为97-99％。

所述2000℃及以上温度为2000-3000℃。

所述石墨纤维材料(002)面的层间距为0.337-0.343nm，优选地，为0.34-0.342nm，石墨化度为20-80％，优选地，为22-50％。

所述碳纤维材料为经1000-1700℃碳化处理的碳毡或碳纸，碳含量为90-95％，优选地，为93-95.5％。

所述低结晶度的碳纤维材料(002)面的层间距为0.344-0.37nm，优选地，为0.344-0.355nm。

所述处理时间为10分钟以上。

碳含量的测定方法没有特别限制，可采用任何测定方法来测定，本发明中使用X射线光电子能谱仪测定。(002)面的层间距及石墨化度则由X射线衍射仪测定。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明结合了高结晶度石墨纤维材料抗氧化能力强和低结晶度碳纤维材料电催化活性高的优点，在不提高电池极化的前提下提高了正极的抗氧化能力，从而可提高电池的充电截止电压，进一步可提高电解液的利用率，降低电池单位千瓦时的成本。