[发明专利]全钒液流电池用一体化电池结构及制备和应用

说明书

本发明公开了一种全钒液流电池用一体化电池结构的制备方法，具体的为：将全钒液流电池的隔膜、正极电极框、负极电极框、双极板、电极之间采用焊接的方法密封起来，形成一体化电池结构。所述正极电极框和负极电极框中的一个为透明材质电极框、另一个为非透明材质电极框；双极板为非透明材质碳素复合板。本发明所公开的技术能够将全钒液流电池的隔膜、电极、双极板等关键部件组成一个整体，该方法制备出的一体化电池结构原件会带来诸多优势：既可以作为独立的集成化单元组装电堆，大幅提高电堆的组装效率，同时可以大幅提升全钒液流电池的库仑效率，提高了电堆的密封可靠性，拓宽了全钒液流电池隔膜的使用范围及隔膜与电极框的密封方法。

技术领域

本发明涉及全钒液流电池技术领域，特别涉及一种全钒液流电池用一体化电池结构的制备方法。

背景技术

风能、太阳能等可再生能源固有的随机性、间歇性、波动性、直接并网难等特性，一定程度上限制了可再生能源的发展、利用。因此，与其配套使用的储能技术的发展成为关键。

储能技术包括物理储能和化学储能两大类。物理储能包括抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能等。化学储能主要包括铅酸电池、钠硫电池、液流电池和锂离子电池等。然而各种储能技术都有其适宜的应用领域，适合大规模储能的化学储能技术主要包括液流电池、钠硫电池、铅酸电池、锂离子电池。

而在液流电池中因全钒液流电池具有输出功率和储能容量可独立设计、电解质离子只有钒离子一种，故充放电时无其它电池常有的物相变化，电池使用寿命长、充、放电性能好，可深度放电而不损坏电池、自放电低、钒电池选址自由度大，系统可全自动封闭运行，无污染，维护简单，操作成本低、电池系统无潜在的爆炸或着火危险，安全性高、池部件多为廉价的碳材料、工程塑料，材料来源丰富，易回收，不需要贵金属作电极催化剂、能量效率高，可达75％～80％、启动速度快等优点。让其受到了更多的关注。

传统的全钒液流电池电堆结构按顺序依次包括集流板、双极板、密封垫、电极框、密封垫、电极、隔膜、电极、密封垫电极框、密封垫、双极板、集流板。其中隔膜起到了阻隔正负极、防止电池内漏的作用，各部件间的密封垫起到了防止电池外漏的作用，密封垫的大量使用，增加了电堆的体积，降低了电堆的体积比能量，增加了电堆组装工序和电堆外露的风险、增加了电堆成本，此外这种结构要求隔膜必须和电极框的尺寸一致，为保证电池电堆装定位以及电解液流通性要求，需要对隔膜的对角进行打孔。

随着电堆功率的增高，其电池测试系统压力也随之增大，对运行后的电堆进行拆堆后发现电解液泄漏的原因有：电堆测试系统压力过大导致电堆外漏和内漏；隔膜打孔的位置发生破裂，这主要是由于电堆压紧带来的应力使其容易破裂，此外打孔处不可避免会受到电解液和电场力的腐蚀而导致其受损，最终造成电解液的泄漏。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明为提高全钒液流电池密封可靠性，减薄电池的厚度，缩小电池的体积，进而提高全钒液流电池的体积能量密度。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种全钒液流电池用一体化电池结构的制备方法，所述一体化电池结构由正极电极框、隔膜、负极电极框、电极、双极板组成，正极电极框和负极电极框分别为中部带有通孔的平板；

所述正极电极框和负极电极框中的一个为透明材质电极框、另一个为非透明材质电极框；所述隔膜为透明膜或非透明膜；所述双极板为非透明材质的平板；

所述非透明材质双极板、透明材质电极框、隔膜和非透明材质电极框依次顺序相互叠合设置；所述电极置于双极板与隔膜之间的电极框的通孔中；

透明膜覆盖于非透明材质电极框的中部通孔处，透明膜四周边缘与通孔的四周边缘采用激光焊接进行密闭连接；或者，非透明膜覆盖于透明材质电极框的中部通孔处，非透明膜四周边缘与通孔的四周边缘采用激光焊接进行密闭连接；