[实用新型]一种多孔电极和双极板固化一体的液流储能电池

说明书

本实用新型涉及一种多孔电极和双极板固化一体的液流储能电池。所述电池包括2块多孔电极1、2块双极板2、离子交换膜3和2块流动框架4，多孔电极1与双极板2通过导电粘结剂高温烧结固化为复合电极板5，2块流动框架4套装于2块所述复合电极板5并相互贴合形成密闭空间，流动框架4与2块所述复合电极板5之间的密闭空间提供电解质溶液的流动通道和场所，离子交换膜3安装于2块所述复合电极板5之间。欧姆电阻测试结果表明，本实用新型的一体化后的电极双极板导致电池充放电的电压效率和能量效率提高。

技术领域

本发明涉及电池加工制造和结构设计技术领域，尤其涉及一种多孔电极和双极板固化一体的液流储能电池。

背景技术

液流储能电池具有循环寿命长、安全性高、功率与容量可独立设计以及过充过放能力强等诸多优点。其主要应用于风力发电站、太阳能光伏发电站等可再生能源发电站的调峰储能以及后备应急电源等领域，可以起到稳定可再生能源发电、提高能量转换效率等作用。

液流储能电池的单电池通常由两个多孔电极（多孔碳或多孔石墨）、两个双极板、离子交换膜、两个电解液流动框架组成。电池通常以压滤机的方式将前述组成部分组装而成，靠两个端压板和螺栓提供的压紧力来使多孔电极具有一定的压缩比，以确保多孔电极和双极板之间的接触电阻处于合适的值，且需要保持电池的密封性要求，因此压紧力通常很大。

这就对多孔电极和双极板的物理性质有特殊的要求：

首先，多孔电极应具有一定的厚度，以适应电池的压紧力，如果多孔电极太薄，则压缩后电极活性比表面积和电解质的流动横截面积相应地减小，这不利于电化学反应且会导致电解质的质量传递阻力增加而增大浓度极化；但是，多孔电极太厚又会导致电池压紧力增大。

其次，双极板应具有高导电性，较强的机械强度和良好的耐腐蚀性。石墨基双极板，例如石墨板，碳塑复合板等，是目前最广泛使用的。然而，石墨材料非常脆，由于电池的压紧力很大，故在装配过程中必须非常小心地处理，并且必须足够厚，这大大增加了其生产成本。

目前，已有研究文献中，Lee等人在液流电池用复合双极板以及双极板和多孔电极一体化方面做了一些研究工作，他们开发了包括石墨涂层碳/环氧树脂复合材料双极板，碳纤维/聚乙烯复合双极板，纳米颗粒嵌入式碳纤维/含氟弹性体复合材料双极板等在内的一系列新型复合双极板。且通过热压的方法，将碳纤维毡、碳布等多孔电极与复合双极板集成在一起，得到一体化的电极复合双极板。其制备复合双极板的技术，实质上是将环氧树脂、聚乙烯等有机高分子材料填充到多孔的碳或多孔石墨材料基体内，再通过热压（热压温度一般不超过200℃），使得高分子材料熔化并与多孔碳材料贴合在一起，因高分子材料不具备导电性，故往往需要掺杂碳纤维、导电纳米颗粒等导电性材料。此外，其制作一体化电极复合双极板的方法，同样为热压法，实质上也是利用高分子材料熔化后的粘性，将多孔电极和复合双极板物理性贴合。从技术效果上看，通过这种方法制备的一体化复合电极双极板，其欧姆阻抗大，电池的电压效率和能量效率不高。且因制作工艺条件限制，当电极面积尺寸增大后，对设备的要求高，制作成本高，不利于规模化生产。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种一种多孔电极和双极板固化一体的液流储能电池。

本发明的原料易得，成本低廉，工艺简单，多孔电极和双极板经导电粘结剂粘接后通过高温烧结固化为一体，一体化后的电极和双极板集成体，具有优异的导电性能、耐化学腐蚀和电化学腐蚀性能。

欧姆电阻测试结果表明，本发明的一体化后的电极双极板，导电性能与一体化之前略有降低，但因电池在组装时，不需要考虑电极的压缩，故多孔电极的比表面积和流通截面积均不会因压缩而降低，相应的电池运行时欧姆阻抗和浓差极化阻抗会较电极压缩时减小，最终导致电池充放电的电压效率和能量效率提高，单电池充放电性能测试实验证实了这一结论。

第一方面为产品技术方案：