钒电池复合电极及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种钒电池复合电极及其制备方法与应用，该钒电池复合电极是由复合的石墨毡、碳布和塑料片组成，碳布放在两片塑料片中间，然后塑料片和碳布嵌在两片石墨毡之间，将石墨毡的长轴和宽轴通过机械加工，制成均小于塑料片和碳布的钒电池复合电极。本发明专利技术的钒电池复合电极是以碳布为导电基体，而且，碳布可增强中间塑料导电板的机械强度和韧性，使塑料导电板不会有导电链断裂现象发生，塑料导电板机械性能良好，机加工容易，钒电池复合电极可弯曲成圆形，恢复后也不会变形。采用本发明专利技术方法制备成的钒电池复合电极能提高全钒氧化液流储能电池的放电中压、能量效率以及电池的使用寿命，不会造成石墨毡、碳布的结构损坏，塑料片也不会产生气泡和被石墨毡纤维化以及被氧化。

【技术实现步骤摘要】
钒电池复合电极及其制备方法与应用
本专利技术属于氧化还原液流储能电池
，具体涉及一种氧化还原液流储能电池用的钒电池复合电极及其制备方法与应用。
技术介绍
随着传统能源的日渐枯竭以及相应的环境问题，风能、太阳能等可再生能源的利用引起人们广泛的关注并得到快速发展，同时为保证可再生能源的稳定供电，克服其固有问题，越来越多的蓄电储能技术得到开发及使用，其中液流电池作为大规模储能技术的一种解决方案。氧化还原液流储能电池和其他化学储能电池相比较具有很多优点，具体有：电池使用寿命高，功率和容量可按需求自由组合而且相互独立，深度放电不会损坏电池。氧化还原液流储能电池是一种新型的化学还原储能电池，以电解液中的不同介态金属离子作为电池正极和负极活性物质，正极和负极的电解液分开储存，通过电泵将正极电解液和负极电解液泵入电池石墨毡内完成氧化还原反应后，流回到储存容器内。从氧化还原液流储能电池的工作原理来看，氧化还原液流储能电池具备大规模高效蓄电的优势。根据氧化还原液流储能电池的工作原理来看，双极板和石墨毡是氧化还原液流储能电池极为重要的关键材料，双极板的作用是要隔绝正负极电解液同时传导电流，石墨毡或碳毡是在全钒氧化还原液流储能电池中具有较好的电化学活性和可逆性，钒电池的使用寿命与其双极板和石墨毡有一定的关系，钒电池由多个组件组成，其各个组件的更换则对应其相应部分的使用寿命。由于电解液为强酸及强氧化性溶液，因此，双极板和石墨毡要有极好的导电性和耐腐蚀性，双极板应该既有石墨板的导电性，也有塑料的柔软可弯曲性；而且非常耐腐蚀，在充放电过程中不会和电解液产生任何的电化学腐蚀，不会产生任何串液、漏液的问题。目前全钒氧化还原液流电池用的双极板主要有：石墨双极板、导电塑料双极板和一体化复合电极双极板。石墨双极板和石墨毡的连接方式是靠压紧在一起的方式，就算能粘接为一体也很容易分离开，石墨双极板和石墨毡在电泵同样的压力下，就会形成接触隙缝而产生电阻，电池经过一段时间的充放电循环之后，石墨板正极出现被腐蚀现象，在石墨板表面涂抹上聚苯胺，可以防止石墨板出现被腐蚀，但因为聚苯胺与石墨板不能溶合为一个整体，经过一段时间的充放电循环之后，聚苯胺涂层会与石墨板表面分离开、剥落，石墨双极板和石墨毡之间电阻越来越大，石墨板会出现机械瓦解而造成电池失效；另外，石墨板加工极其复杂很难做大的尺寸，而且加工效率很低价格又极其昂贵。导电塑料双极板和石墨毡的连接方式是靠压紧在一起的方式，就算能粘接为一体也很容易分离开，导电塑料双极板的主要导电填料为导电乙炔碳黑、导电碳纤维和石墨，导电乙炔碳黑、导电碳纤维和石墨加入到热塑性聚合物中之后，导电乙炔碳黑、导电碳纤维和石墨之间的每一个导电份子是靠热塑性聚合物粘合在一起，而热塑性聚合物是不导电的物质，因此，电池经过一段时间的充放电循环之后，导电乙炔碳黑、导电碳纤维和石墨之间会出现断裂现象，石墨双极板和石墨毡之间电阻越来越大，导电塑料双极板会出现鼓泡、被电腐蚀现象，而造成电池失效。中国专利申请CN200810303483.7公开了的全钒氧化还原液流电池用复合电极及其制备方法，主要为三种导电填料(导电乙炔碳黑、导电碳纤维和石墨)加入到热塑性聚合物中制备得到热塑性导电板，热塑性导电板再与石墨毡热压复合而成，石墨毡中的部分导电碳纤维嵌入导电板表面，形成互穿的导电网络，从而提高了产品整体的导电性能。上述该全钒氧化还原液流电池用复合电极主要缺陷在于：(1)导电乙炔碳黑、导电碳纤维和石墨加入到热塑性聚合物中双辊炼胶机混合均匀之后，导电乙炔碳黑、导电碳纤维和石墨之间的每一个导电份子是靠热塑性聚合物粘合在一起，会形成很多导电份子接触点，而热塑性聚合物是不导电的物质，在充放电过程中极容易造成塑性双极板中的导电乙炔碳黑、导电碳纤维和石墨之间会出现断裂现象，而造成电池失效。(2)因为热塑性导电板当中的热塑性聚合物含量较少，也就是粘合物较少，热塑性导电板与石墨毡热压复合而成的复合电极结构也不牢固不稳定，电池经过一段时间的充放电循环之后，导电乙炔碳黑、导电碳纤维和石墨之间会出现断裂现象，导电塑料双极板会出现被电腐蚀现象，导电塑料双极板和石墨毡之间电阻越来越大，导电塑料双极板会出现被电腐蚀而造成电池失效。(3)其复合电极的制备：将石墨毡置于热塑性导电板一面或两面，用平板硫化机将石墨毡在160～200℃对石墨毡施加压力，压制10～15分钟，将热塑性导电板热熔后与石墨毡压成一体，保压冷却至常温制得复合电极。塑料片在熔入石墨毡过程中就会产生气泡和有被石墨毡纤维化以及被氧化的出现，塑料片产生气泡和被石墨毡纤维化以被氧化后，就不能阻隔正负极电解液，用所制作的钒电池复合电极组装的电池就无法进行充放电，电池就会失效。另外，中国专利申请CN201110459942.2还公开了一体化复合电极双极板及其制备方法与应用，主要为一体化的石墨毡/碳毡和塑料片组成，塑料片嵌在两片石墨毡/碳毡中间，塑料片的长轴和宽轴均大于石墨毡/碳毡的长轴和宽轴。该复合电极的石墨毡是很脆的原材料，用两片石墨毡中间放置热塑性板或热固性板，然后加温使热塑性板或热固性板溶在石墨毡内，以石墨毡为导电基体而制得的复合电极板的方法，其主要缺陷在于：(1)石墨毡全部溶入中间的热塑性板或热固性板内，中间热塑性板原本的塑性性能，会在溶入石墨毡后，被石墨毡的脆弱性严重降低，中间热塑性板会变得非常脆弱，极容易造成热塑性板碳化分解，电池在安装或使用过程中，以石墨毡为导电基体而制得的复合电极板会很脆很容易开裂，而造成电池失效；(2)石墨毡所承受的压力过大就极其容易造成石墨毡的纤维都已经出现严重断裂现象，石墨毡再进行充放电性能就会很差，热塑性板极容易被石墨毡纤维化，行业内称为爬胶现象，此时中间的热塑性板已经产生很多通孔，而且热塑性板被石墨毡纤维化后会变得非常脆弱，根本不能可以起到阻隔正负电解液的作用，电池组装后就会失效。
技术实现思路
针对以上的不足，为了避免石墨毡与双极板之间的接触电阻，以及克服非金属类电极在电池使用过程中出现断裂而产生电阻增大的缺陷，本专利技术的首要目的在于提供一种钒电池复合电极。本专利技术的另一目的在于提供上述钒电池复合电极的制备方法。本专利技术的再一目的在于提供上述钒电池复合电极的用途。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种钒电池复合电极，包括塑料片、碳布和石墨毡，所述塑料片设有两片，所述碳布夹设在两片塑料片之间，所述石墨毡设有两片，所述塑料片和碳布均夹嵌在两片石墨毡之间，通过加热使塑料片分别溶于碳布和石墨毡中，进而使塑料片、碳布和石墨毡形成整体。为进一步实现本专利技术，所述碳布的长度和宽度与塑料片的长度和宽度一致。为进一步实现本专利技术，所述两片石墨毡的长度和宽度均小于塑料片的长度和宽度。为进一步实现本专利技术，其特征在于，所述钒电池复合电极的制备方法如下：将所述塑料粒通过加热加压形成塑料片，再将所述碳布放在两片塑料片中间，然后所述塑料片和碳布嵌在两片石墨毡之间，再合闭紧模具，模具怛温，所述塑料片溶入碳布和石墨毡内，冷却后石墨毡的长轴和宽轴通过机械加工成均小于塑料片和碳布的钒电池复合电极。为进一步实现本专利技术，所述钒电池复合电极的制备方法具体包括以下步骤：(1)将PE或PP塑料粒通过加热加压形成所述塑料片；(2)将所述两本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钒电池复合电极，其特征在于：包括塑料片、碳布和石墨毡，所述塑料片设有两片，所述碳布夹设在两片塑料片之间，所述石墨毡设有两片，所述塑料片和碳布均夹嵌在两片石墨毡之间，通过加热使塑料片分别溶于碳布和石墨毡中，进而使塑料片、碳布和石墨毡形成整体。

【技术特征摘要】
1.一种钒电池复合电极，其特征在于：包括塑料片、碳布和石墨毡，所述塑料片设有两片，所述碳布夹设在两片塑料片之间，所述石墨毡设有两片，所述塑料片和碳布均夹嵌在两片石墨毡之间，通过加热使塑料片分别溶于碳布和石墨毡中，进而使塑料片、碳布和石墨毡形成整体。2.根据权利要求1所述的一种钒电池复合电极，其特征在于：所述碳布的长度和宽度与塑料片的长度和宽度一致。3.根据权利要求1所述的一种钒电池复合电极，其特征在于：所述两片石墨毡的长度和宽度均小于塑料片的长度和宽度。4.权利要求1至3所述的钒电池复合电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤；将所述塑料粒通过加热加压形成塑料片，再将所述碳布放在两片塑料片中间，然后所述塑料片和碳布嵌在两片石墨毡之间，再合闭紧模具，模具怛温，所述塑料片溶入碳布和石墨毡内，冷却后石墨毡的长轴和宽轴通过机械加工成均小于塑...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄权波，卢粤湘，
申请(专利权)人：广州市泓能五金有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44