液流电池用碳构造体电极及其制造方法及液流电池用电极构造体技术

本发明专利技术提供一种液流电池用碳构造体电极，其在源自聚合物的碳构造体表面及内部，形成有可让电解液流动的多个球形大孔。所述液流电池用碳构造体电极电导率非常优秀，其制造工序简化，可以降低成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及液流电池用碳构造体电极，液流电池用碳构造体电极的制造方法及液流电池用电极构造体. 
技术介绍
液流电池是可以反复充电和放电的一种二次电池，是储藏电能的电学化学层面的蓄电装置。液流电池的原理是，基于流体电解液，让流体电解液在多孔性碳毡(carbon felt)电极之间流动，交换电荷，产生电流。 现有液流电池用碳毡电极把聚丙烯腈(polyacrylonitrile：PAN)、人造纤维(rayon)或沥青(pitch)系碳纤维组织化，通过碳化及石墨化过程制造。但由于碳毡电极内部的气孔分布不均匀，导致流体的流动性下降，发生电解液的分极化现象(polarization of electrolyte)，存在电池效率下降的问题。 
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电导率提高的液流电池用碳构造体电极。 本专利技术的目的在于提供一种可简化单元(cell)和堆(stack)制造过程的液流电池用碳构造体电极的制造方法。 本专利技术的目的在于提供一种利用所述液流电池用碳构造体电极的液流电池用电极构造体。 本专利技术提供一种液流电池用碳构造体电极，其在源自聚合物的碳构造体表面及内部，形成有可让电解液流动的多个球形大孔。 所述大孔具有以最密堆积结构(closest packing structure)堆积的形状。 所述大孔以蛋白石结构排列。 所述大孔的最大直径平均为0.5μm至500μm。 所述大孔相互连接，从所述电极的一面通到另一面。 所述碳构造体包括聚合树脂的碳化物。 所述碳构造体包括聚合树脂的石墨化物质。 所述聚合树脂包括选自聚丙烯腈、光刻胶(photoresist)用聚合物、人造纤维系列聚合物及它们的组合而组成的组的至少一种物质。 所述碳构造体中大孔的气孔率为70％至99％。 所述碳构造体的厚度为0.5mm至5.0mm。 所述碳构造体的电阻为0.002Ω·mm至0.02Ω·mm。 本专利技术提供一种液流电池用碳构造体电极的制造方法，其包括准备聚合物薄片(sheet)的步骤；在所述聚合物薄片上形成图案化的大孔的步骤；及对形成有图案化的大孔的所述聚合物薄片进行热处理，且使之碳化，从而形成碳构造体的步骤。 所述形成大孔的步骤，通过激光制图(laser patterning)、利用激光的全息光刻(Holographic Lithography)及激光蚀刻(Laser Lithography)中的至少一种方法执行。 对所述聚合物薄片热处理并进行碳化时，所述聚合物薄片的至少一部分发生石墨化。 所述聚合物薄片包括选自聚丙烯腈、光刻胶用聚合物、人造纤维系列聚合物及它们的组合而组成的组的至少一种物质。 所述热处理在1000至2500℃条件下进行。 本专利技术提供一种液流电池用碳构造体电极构造体，其包括双极板；及结合在所述双极板的所述液流电池用碳构造体电极。 本专利技术的液流电池用碳构造体电极具有图案化气孔，即气孔均匀分布的结构，因此电导率非常优秀。另外，由于所述电极本身具有图案化气孔，在形成电极的工序中，可以省略诣在提高电导率的压缩工序。从而，可以简化电极制造工序，降低制造成本。 另外，所述液流电池用碳构造体电极形成有三维图案化气孔，具有气孔均匀分布的结构，可让流体顺畅流通，可抑制电解液的分极化现象(polarization of electrolyte)，可提高液流电池的效率。 附图说明图1是本专利技术一实施例的液流电池用碳构造体电极制造方法中的形成图案化气孔的步骤概略模式图。 图2是本专利技术另一实施例的液流电池用碳构造体模式图，一同表示上部面和侧面一部分的放大示意图。 图3是利用本专利技术另一实施例的液流电池用碳构造体电极的电极构造体模式图。 符号说明 1：激光源 2：聚合体薄片 3：大孔 4：双极板 5：电极构造体 具体实施方式以下，对本专利技术的实施例进行详细说明。但，下面的实施例只是本专利技术的示例，本专利技术不受限于这些实施例，本专利技术应由权利要求定义。 本专利技术一实施例提供一种液流电池用碳构造体电极，其在源自聚合物的碳构造体表面及内部，形成有可让电解液流动的多个球形大孔。 所述液流电池用碳构造体电极形成有图案化大孔，具有大孔均匀分布的结构，可以提高电导率。从而，在形成电极的工序中，可以省略诣在提高电导率的其他工序，比如压缩工序，可以简化单元(cell)和堆(stack)制造过程。 另外，所述液流电池用碳构造体电极形成有三维大孔图案，具有大孔均匀分布的结构，可让流体顺畅流通，可抑制电解液的分极化现象(polarization of electrolyte)，可提高液流电池的效率。 通过以多种方式调节所述大孔的形状及图案，可以调节液流电池用碳构造体电极的物理性质。 即，本专利技术的液流电池用碳构造体电极，在制造过程中，调节大孔形状或各大孔之间的间隔，以此调节物理性质，与现有的把碳毡(carbon felt)作为电极材料的技术无法调节大孔的情况相比，优势明显。形成在所述碳构造体电极的各个大孔大小，相对于整体大孔平均大小，包括在约〒20％的偏差范围内。 所述大孔图案具有由一定大小的球型气孔以最密堆积结构(closest packing structure)堆积的形状。最密堆积结构有比如六方密集堆积 (hexagonal close-packing,hcp)和面心立方(face-centered cubic,fcc)结构。 一实施例中，所述大孔以蛋白石结构(opal structure)排列，所述碳构造体具有逆蛋白石结构(inverse-opal structure)。这种蛋白是结构大孔形状易于调节碳构造体的气孔率、气孔密度等。 作为一例，形成蛋白石结构的每个球形大孔，即每个大孔不一定具有同一大小和同一形状，其形状也不一定是完整的球形。由同一大小的球形大孔堆积而成的蛋白石结构来说，各大孔之间会形成接触点。但本专利技术的液流电池用碳构造体电极的碳构造体各大孔与相邻的大孔以面接触的方式连接(interconnected：连通)。具有这种结构的大孔，可让电解液从所述碳构造体的一面顺畅流通到另一面。 所述大孔的最大直径平均为0.5μm至500μm。对大孔进行图案化，使之具有所述范围内的大小，可以调节单位体积下的电极表面积，可以调节电解液的流动性。 所述大孔的直径定义为‘内切圆的直径’。 所述碳构造体中大孔的气孔率约为70％至99％，具体地约为80％至95％。气孔率越高，电极的表面积越大，可以提高液流电池的效率。如果气孔率不足70％，则不仅电极表面积小，且大孔之间的电解液流动性差，导致液流电池的内部压力上升，当驱动电池的泵时，会降低整个电池的效率。如果气孔率超出99％，则电解液的流动压力容易损伤碳构造体本身，导致电极内部的物理、电学上的断线(disconnected)，引发电解质的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液流电池用碳构造体电极，其中：在源自聚合物的碳构造体表面及内部，形成有可让电解液流动的多个球形大孔。

【技术特征摘要】
2013.10.25 KR 10-2013-01277141.一种液流电池用碳构造体电极，其中：
在源自聚合物的碳构造体表面及内部，形成有可让电解液流动的多个球形
大孔。
2.根据权利要求1所述的液流电池用碳构造体电极，其中：
所述大孔具有以最密堆积结构堆积的形状。
3.根据权利要求1所述的液流电池用碳构造体电极，其中：
所述大孔以蛋白石结构排列。
4.根据权利要求1所述的液流电池用碳构造体电极，其中：
所述大孔的最大直径平均为0.5μm至500μm。
5.根据权利要求1所述的液流电池用碳构造体电极，其中：
所述大孔相互连接，从所述电极的一面通到另一面。
6.根据权利要求1所述的液流电池用碳构造体电极，其中：
所述碳构造体包括聚合树脂的碳化物。
7.根据权利要求1所述的液流电池用碳构造体电极，其中：
所述碳构造体包括聚合树脂的石墨化物质。
8.根据权利要求6所述的液流电池用碳构造体电极，其中：
所述聚合树脂包括选自聚丙烯腈、光刻胶用聚合物、人造纤维系列聚合物
及它们的组合而组成的组的至少一种。
9.根据权利要求1所述的液流电池用碳构造体电极，其中：
所述碳构造体中大孔的气孔率为70％至99％。
10.根据权利要求1所述的液流电池用碳构造体电极，其中：
所述碳构造体的厚...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙钟和，金秉哲，金守焕，
申请(专利权)人：OCI有限公司，
类型：发明
国别省市：韩国;KR