專利名稱：一種液流電池的多孔電極結(jié)構(gòu)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氧化還原液流電池，具體地說(shuō)是一種液流電池的多孔電極結(jié)構(gòu)及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，能源、資源、環(huán)境之間的矛盾顯得日益突出，國(guó)家提出發(fā)展太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電為主的可再生清潔能源，建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式。但是太陽(yáng)能、風(fēng)能隨著晝夜變化其發(fā)電量產(chǎn)生顯著變化，難于保持穩(wěn)定的電能輸出，需要和一定規(guī)模的電能儲(chǔ)存裝置相配合，構(gòu)成完整的供電系統(tǒng)，保證持續(xù)穩(wěn)定的電能供應(yīng)。氧化還原液流電池系統(tǒng)具有電能儲(chǔ)存和高效轉(zhuǎn)化功能，且電池容量可以隨著儲(chǔ)液罐體積的增加而提高，使用壽命長(zhǎng)、操作和維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，因此在很多領(lǐng)域都有著很好的發(fā)展前景。氧化還原液流電池的電解液在電池內(nèi)部流動(dòng)時(shí)，容易出現(xiàn)分配不均勻，易形成無(wú)電解液流過(guò)的死角，使該部分極化嚴(yán)重影響電池轉(zhuǎn)化效率，甚至?xí)绊懙诫姵厥褂脡勖?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種可以改善電池充放電性能的氧化還原液流電池的多孔電極結(jié)構(gòu)及其制備方法；此設(shè)計(jì)制備簡(jiǎn)單，成本低廉。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案一種液流電池的多孔電極結(jié)構(gòu)，所述多孔電極內(nèi)部設(shè)置有密度大于和/或小于多孔電極平均密度的條形、三角形、梯形或異形的區(qū)域；于多孔電極內(nèi)部形成平行流場(chǎng)、蛇形流場(chǎng)、交指狀流場(chǎng)或異形流場(chǎng)。密度大于和/或小于多孔電極平均密度區(qū)域與多孔電極平均密度的密度差的絕對(duì)值為電極平均密度的5^-55 ^所述電極結(jié)構(gòu)的制備于多孔材料表面切割出條形、三角形、梯形或異形的凹槽， 使多孔材料表面形成凸起與凹陷相間的表面結(jié)構(gòu)；液流電池裝配時(shí)，多孔材料壓縮后由于壓縮率的不同，電極各區(qū)域的孔隙大小不一，形成電解液流場(chǎng)，通過(guò)改變流體的阻力使之對(duì)電解液進(jìn)行分配。多孔材料的厚度壓縮率范圍在40% -90%之間，各區(qū)域間的厚度壓縮率的差在 5% -55% ；所述多孔材料為石墨氈或碳?xì)?。?jīng)壓縮后電極局部的壓縮率會(huì)有不同，壓縮率較大的部分由于相對(duì)密度大孔隙小流體阻力大使液體相對(duì)不容易流過(guò)，而壓縮率較小的部分由于相對(duì)密度小孔隙大流體阻力小使液體相對(duì)容易通過(guò)。通過(guò)改變電極局部壓縮率從而改變電極局部對(duì)流體的阻力使電極具有分配流體的功能優(yōu)化電池轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于a)電解液在電池內(nèi)部流動(dòng)較為順暢，能夠優(yōu)化流體分配提高電池轉(zhuǎn)換效率。b)實(shí)施簡(jiǎn)單，成本低廉。
c)該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化了電池內(nèi)流體分配，從而提高電池能量轉(zhuǎn)換效率，延長(zhǎng)電池使用壽命。


圖1為實(shí)施例1在具有條形凸起的多孔材料表面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為實(shí)施例2在具有蛇形凹陷的多孔材料表面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為實(shí)施例3在具有異形凸起的多孔材料表面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1對(duì)多孔材料表面進(jìn)行切割，如圖1所示，使多孔材料表面形成條形凸起；多孔材料長(zhǎng)10cm，寬8cm，主體厚度1cm。多孔材料上并行4排凸起的流體分配條。 流體分配條的長(zhǎng)8cm，寬0. 8cm，高0. 5cm。分配條條間距0. 96cm。將多孔電極與極板，隔膜， 電解液等組裝成全釩液流電池并在組裝過(guò)程中將多孔電極厚度壓縮至9mm。40mA/cm2條件下測(cè)試電池能量轉(zhuǎn)換效率為80%比電極表面未經(jīng)處理的全釩液流電池相比電池效率增長(zhǎng)了 1%。實(shí)施例2多孔材料長(zhǎng)10cm，寬8cm，主體厚度1cm。對(duì)多孔材料表面進(jìn)行切割，如圖2所示， 使多孔材料表面形成蛇形的凹陷。將多孔電極與極板，隔膜，電解液等組裝成全釩液流電池并在組裝過(guò)程中將多孔電極厚度壓縮至9mm。40mA/cm2條件下測(cè)試電池能量轉(zhuǎn)換效率為 79. 6%比電極表面未經(jīng)處理的的全釩液流電池相比電池效率增長(zhǎng)了 0. 05%。實(shí)施例3多孔材料長(zhǎng)10cm，寬8cm，主體厚度1cm。對(duì)多孔材料表面進(jìn)行切割，如圖3所示，使多孔材料表面形成異形凸起。將多孔電極與極板，隔膜，電解液等組裝成全釩液流電池并在組裝過(guò)程中將多孔電極厚度壓縮至9mm。40mA/cm2條件下測(cè)試電池能量轉(zhuǎn)換效率為79. 7% 比電極表面未經(jīng)處理的全釩液流電池相比電池效率增長(zhǎng)了 0. 06%。
權(quán)利要求
1.一種液流電池的多孔電極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述多孔電極內(nèi)部設(shè)置有密度大于和/或小于多孔電極平均密度的條形、三角形、梯形或異形的區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于多孔電極內(nèi)部各區(qū)域密度不同，于多孔電極內(nèi)部形成平行流場(chǎng)、蛇形流場(chǎng)、交指狀流場(chǎng)或異形流場(chǎng)。
3.如權(quán)利要求1所述的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于密度大于和/或小于多孔電極平均密度區(qū)域與多孔電極平均密度的密度差的絕對(duì)值為電極平均密度的5% -55%。
4.一種權(quán)利要求1所述電極結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于于多孔材料表面切割出條形、三角形、梯形或異形的凹槽或凸起，使多孔材料表面形成凸起與凹陷相間的表面結(jié)構(gòu)；液流電池裝配時(shí)，多孔材料壓縮后由于壓縮率的不同，電極各區(qū)域的孔隙大小不一，形成電解液流場(chǎng)，通過(guò)改變流體的阻力使之對(duì)電解液進(jìn)行分配。
5.如權(quán)利要求4所述電極結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于多孔材料的厚度壓縮率范圍在40% -90%之間，各區(qū)域間的厚度壓縮率的差在5% -55%。
6.如權(quán)利要求4所述電極結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于所述多孔材料為石墨氈、碳?xì)只驈?fù)合導(dǎo)電塑料電極。
7.如權(quán)利要求6所述復(fù)合導(dǎo)電塑料電極，其特征在于電極材料由導(dǎo)電填料和塑料物組成，導(dǎo)電填料為碳粉、石墨粉或石墨纖維，塑料物為聚乙烯或聚丙烯。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種液流電池的多孔電極結(jié)構(gòu)及其制備方法，所述多孔電極內(nèi)部設(shè)置有密度大于和/或小于多孔電極平均密度的條形、三角形、梯形或異形的區(qū)域。將多空電極設(shè)計(jì)成具有凸起或者凹陷的表面結(jié)構(gòu)。經(jīng)壓縮后電極局部的壓縮率會(huì)有不同，壓縮率較大的部分由于相對(duì)密度大孔隙小流體阻力大使液體相對(duì)不容易流過(guò)，而壓縮率較小的部分由于相對(duì)密度小孔隙大流體阻力小使液體相對(duì)容易通過(guò)。該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化了電池內(nèi)流體分配，從而提高電池能量轉(zhuǎn)換效率，延長(zhǎng)電池使用壽命。
文檔編號(hào)H01M4/88GK102299348SQ20101021011
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者張華民, 楊振坤, 韓希 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所, 大連融科儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展有限公司