[发明专利]一种钒电池结构及电极处理工艺

说明书

本发明公开了一种钒电池结构，通过隔板将电池盒内的电解液仓的内腔分隔为循环仓和放电仓两个子仓，在隔板上开分别设有第一缺口和第二缺口用于连通循环仓和放电仓。还提供了一种用于钒电池结构的电极处理工艺，所述处理工艺依次进行步骤：对石墨电极进行钻孔处理、烘烤、冷却、硅酸钠溶液中进行浸泡、晾干、硫酸进行浸泡、晾干、在真空或惰性气体环境中进行烘烤、冷却处理，最后在蒸馏水中浸泡后自然晾干则完成处理工艺。通过改变电池内部结构促进电解液的循环流通，以及通过改性高纯石墨电极板增加其导电性，能够大大降低钒电池的极化效应，增加钒电池的充放电效果。

技术领域

本发明涉及一种钒电池技术领域，具体涉及一种钒电池结构及电极处理工艺。

背景技术

现有钒电池技术分为全钒液流电池和静态钒电池两类。全钒液流电池主要用于电网调峰、风能、太阳能等大型储能项目，与全钒液流电池相关的专利较多，主要涉及液流系统(集流体)、电解液、隔膜和结构；静态钒电池：其电解液可直接放入电极组件中，不需外加电解液罐，则不需要用泵将电解液打入电极组件中，故为静态钒电池。静态钒电池由于浓差极化、欧姆极化等原因，充放电效果不好，钒电池难以实现小型化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是静态钒电池由于电极极化等原因，充放电效果不好，钒电池难以实现小型化，目的在于提供一种钒电池结构及电极处理工艺，通过改变电池内部结构促进电解液的循环流通，以及通过改性高纯石墨电极板增加其导电性，能够大大降低钒电池的极化效应，增加钒电池的充放电效果。

本发明通过下述技术方案实现：

一种钒电池结构，包括电池盒，所述电池盒内设有电解液仓，所述电解液仓内设有隔板，所述隔板将电解液仓的内腔分隔为循环仓和放电仓两个子仓；在隔板上开设有第一缺口和第二缺口用于连通循环仓和放电仓。

一个设有正极电解液仓的电池盒和另一个设有负极电解液仓的电池盒相连接构成一个完整的钒电池结构。本发明通过设置隔板将电解液仓分隔为循环仓和放电仓两个子仓，放电仓用于放置电极，循环仓内的电解液和放电仓内的电解液通过设置隔板上的第一缺口和第二缺口进行循环流通。循环仓和放电仓内的电解液由于浓度、密度不同、温度不同，通过第一缺口和第二缺口实现电池内部电解液循环流通，产生密度流(异重流)以减少电池内部浓差极化，克服静态钒电池放电效果不佳的弱点，有利于实现钒电池的小型化。驱动液体内部流动的最主要原因是温差和浓差异重流：①温差异重流：当电池进行充放电时，放电仓电流通过时，由于放电仓内电解液与极板的电阻产生热量而放热，使放电仓内的电解液温度升高。而循环仓内电流密度较放电仓小，温度低于放电仓，循环仓和放电仓之间产生温差异重流；②浓差异重流：循环仓由于没有导电极板和横截面积小于放电仓的原因，其电阻比放电仓大，循环仓与放电仓在电池内部形成并联电路，按照并联各支路的电流与对应的电阻成反比的原理，放电仓通过的电流大于循环仓。由于电流密度不同造成循环仓与放电仓之间产生浓度差，从而产生浓差异重流。以电池正极充电为例，在充电过程中发生如下反应：

V⁴⁺-e→V⁵⁺

放电仓在充电过程中由于电解液靠近极板的原因先于循环仓内的生成V⁵⁺，放电仓内V⁵⁺浓度高于循环仓内的V⁵⁺浓度，从而产生浓差异重流。

优选地，还包括与所述钒电池结构结合使用的硅改性高纯石墨电极。

通过采用硅改性高纯石墨电极，有利于增强高纯石墨电极的导电性，同时，由于电极电阻减小，有利于降低电极导体本身引起的欧姆极化效应，增大循环仓和放电仓内电解液浓度、密度差，促进电解液在电解仓内的循环流动，提高电池的充放电能量效率。

优选的，还包括与所述钒电池结构结合使用的钻孔纯钛板或钻孔钛合金板电极，所述钻孔数目为1～40目。本发明使用过的钛材料电极有：纯钛(TA1、TA2、TA3、TA4)；钛合金电极材料有：TB系列合金，如TB7。