钒电池及其端集流板、双集流板以及制备方法技术

本发明专利技术涉及氧化还原液流电池，具体涉及一种全钒氧化还原液流电池的端、双集流板及其制备方法。本发明专利技术提供钒电池双、端集流板的制备方法，包括以下步骤：碳纤维毡的预处理；可固化树脂的预处理；采用热压法进行一体化集流体制备；后处理。本发明专利技术提供一种机械性能好、容易制备、装配简单的钒电池用一体化集流极的制备方法。在该发明专利技术中对碳毡的处理方式引入了超声波处理，避免常规处理碳毡如浓硫酸处理带来的操作难度大、危险系数高，高温焙烧能耗大等缺点。而且，使用该发明专利技术制备的电极为纯高分子材料，与使用导电材料作为电极相比较可以极好的保留高分子材料机械性能好、易加工、成本较其他电极低廉的优点。

【技术实现步骤摘要】
钒电池及其端集流板、双集流板以及制备方法
本专利技术涉及氧化还原液流电池，具体涉及一种全钒氧化还原液流电池的端、双集流板及其制备方法。
技术介绍
目前，全钒氧化还原液流电池(钒电池)作为一种新型的二次电池，与其他蓄电池相比，具有充放电速度快、深放电性能好、循环寿命长、绿色环保等优势，在风能和太阳能发电的储能电源以及边远地区储能系统、电厂(电站)调峰、不间断电源(UPS)或应急电源系统(EPS)等领域均存在广泛的应用前景。影响全钒氧化还原液流电池性能的影响全钒氧化还原液流电池性能的主要因素有膜、电解液及电极材料等，全钒氧化还原液流电池由端电极、集流体(多为多孔疏松导电材料)、隔膜、集流体、电极、集流体(单电池可以没有该部分)、隔膜、集流体、端电极双组成一个完整的电池并依顺序平行叠放，并施加一定的压力使各组成部分紧贴，形成一个完整的单电池。在电池的充放电过程中，充放电反应在导电塑料条和与其紧贴的电极上进行，电流经由端电极、集流体、膜、集流体、电极、集流体、膜、端电极，最后由与端电极复合在一起的铜片导出。目前使用的电极材料主要包括金、钛、铅、钛基铂和氧化铱等金属类电极以及碳素、石墨等非金属类电极。研究结果表明，金属类电极的成本太高，长期使用后容易发生钝化，降低电池性能；而非金属类单一电极的刻蚀现象严重。高分子导电复合电极是一种新型的电化学性能好又不易刻蚀的全钒氧化还原液流电池电极。它是由高分子材料中加入另外一种导电填料或导电聚合物，得到高分子导电复材料，然后与石墨毡等集流体复合。不仅具有导电功能，而且能保持高分子材料的特性，能在较大的范围内调节材料的电学和力学性能。据文献报道，Haddadi-Asl、澳大利亚新南威尔士州的单一检索有限公司、中南大学等用聚乙烯、尼龙、PP、聚氟乙烯等高分子聚合物与导电材料制备出的导电复合材料虽有良好的导电性但机械性能和成型性能不是特别的优良。因此，目前国内外在使用导电塑料作为集流体的时候通常将导电塑料制成平板形，在应用到全钒氧化还原液流电池中时容易引起电解液在集流板中流动不顺畅，整个流场中容易出现无电解液流经的“死角”，电极极化严重。同时完全使用导电塑料的集流极的刚性和强度不大、易形变，致使全钒氧化还原液流电池很难密封，电池渗液严重。为了改善电解液在电池中的流动，目前常用的方法是在电极上开槽、在溢流框上开槽或者在碳毡上开槽。而使用高分子导电材料制备的电极因为保证导电性能，其导电材料的添加会造成产品机械性能降低、可加工能力降低，而在溢流框上开槽，会对电池的密封带来不小的麻烦，故在碳毡上开槽为目前许多钒电池研究机构选择的增加电解液流动性能的手段。目前，使用的碳毡常用的材料有聚丙烯腈材料、石墨材料等，但总体上因其材料的本质特性其反应活性不是太高，需进行处理，常见的处理方式有高温焙烧、浓硫酸浸泡、电化学处理。
技术实现思路
本专利技术所解决的第一个技术问题是提供一种钒电池双集流板的制备方法，包括以下步骤：a、可固化树脂预处理：可固化树脂中加入丙酮混匀，再与固化剂混匀，其中，可固化树脂与丙酮的体积比为1/4-1/2；b、固化处理：在模具中放入第一活化碳纤维毡，加入预处理后的可固化树脂，常温下固化使得可固化树脂处于未完全凝固态；c、二次固化：再在固化处理后的第一活化碳纤维毡上放置第二活化碳纤维毡，常温下于1.5-5千帕的压力下保压固化24-48小时即得钒电池双集流板；其中，第一活化碳纤维毡与第二活化碳纤维毡相同，均由以下方法处理得到：将碳纤维毡置于pH为2-4的硫酸中浸泡12-24小时后，然后用频率为30-70khz的超声波超声10-30分钟后，冷却、洗涤烘干即可。优选的，活化碳纤维的处理方法中，用蒸馏水洗涤3-4次。优选的，步骤b中常温下固化6-12小时。优选的，可固化树脂为环氧树脂、酚醛树脂。骤b中，可固化树脂层的厚度为0.8～1.7cm。本专利技术所要解决的第二个技术问题是提供了一种钒电池端集流板的方法，包括以下步骤：a、可固化树脂预处理：可固化树脂中加入丙酮混匀，再与固化剂混匀，其中，可固化树脂与丙酮的体积比为1/4-1/2；b、固化处理：在模具中放入金属片，加入预处理后的可固化树脂，常温下固化使得可固化树脂处于未完全凝固态；c、二次固化：再在固化处理后的金属片上放置活化碳纤维毡，常温下于1.5-5千帕的压力下保压固化24-48小时即得钒电池端集流板；其中，活化碳纤维毡由以下方法处理得到：将碳纤维毡置于pH为2-4的硫酸中浸泡12-24小时后，然后用频率为30-70khz的超声波超声10-30分钟后，冷却、洗涤烘干即可。优选的，步骤b中常温固化6-12小时。优选的，步骤b中金属片为铜片。步骤b中，金属片的厚度为可固化树脂层厚度的1/3-1/2。本专利技术所要解决的第三个技术问题是提供一种钒电池，所述钒电池包括电解液和隔膜，还包括上述方法制得的端集流板和双集流板。本专利技术的有益效果：该专利技术制备的产品与现有产品比较具有以下优点：1.在常规增加碳毡反应活性的方式上，使用超声波，可以使碳毡的反应活性增大、亲水性增强、石墨化程度提高；超声波独特的作用原理，可以很好的提高碳毡的反应活性(可在碳毡上引入活性基团)、除去碳毡在生产过程中引入的杂质、提高碳毡的石墨化程度，可有效的简化碳毡在目前的处理方式如浓硫酸处理方式带来的操作危险大、高温焙烧能耗大、电化学处理比较麻烦等缺陷。2.其流场材料使用高分子材料，与常规使用导电高分子材料相比较，其机械性能、耐腐蚀性能更优异，同时，因在流场材料中不添加价格比较昂贵的导电材料，可以极大的降低成本；使用纯高分子材料替代，可以避免电池很难密封，电池渗液严重的问题。3.在专利技术提供的方案中，将碳毡的分布划分成3大块，在进出液口电解液的的流动较好，采用整块的碳毡，而在集流体的中间，使用总面积与进出口碳毡相同，但由数条碳毡条构成，且碳毡与碳毡之间有一定的间距，这种方法在最大程度上保证了电池的有效反应面积的同时，较在碳毡上开槽(碳毡为多孔疏松材料，在上面开的槽很容易在组装中因施加的压力变形，使开的槽变小、变窄，甚至消失，实际上对提高电解液在整个电池中的流动性能作用并不明显)来提高电解液的流动性能和使用整个碳毡作为集流体而言，可以使电解液在整个电池中的流动更均匀和快速。4.目前，大家采用的钒电池的组装形式，端集流板的组装依次为铜片、电极(常用导电塑料、石墨板)、集流体(碳毡)，双集流板的组装依次为集流体(碳毡)、电极(常用导电塑料、石墨板)、集流体(碳毡)，这些基本材料在装配时是按照组装电池的电池数一个个叠放，最后用固定装置对其施压、定位，从而形成电池。这种组装方式因装配中的基本材料太多，会造成装配非常麻烦，同时也有因电极和集流体之间是彼此独立，在电池反应面积较大时，不能完全保证电极与集流体之间完全结合在一起，会在没有接触之处造成使钒电池内阻增大，降低电池性能的问题。而该专利技术将常规钒电池的电极和集流体合成一体，可以非常有效的避免在钒电池的装配中最容易出现的这两种问题，可减少装配程序和提高钒电池的性能。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为端集流板在图1中A-A方向剖视图；图3为双集流板在图1中A-A方向剖视图；图中标记为：1.活化碳纤维毡、2.高分子流场板3.电解液流场沟槽、4.本文档来自技高网...

【技术保护点】
钒电池双集流板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a、可固化树脂预处理：可固化树脂中加入丙酮混匀，再与固化剂混匀，其中，可固化树脂与丙酮的体积比为1/4‑1/2；b、固化处理：在模具中放入第一活化碳纤维毡，加入预处理后的可固化树脂，常温下固化使得可固化树脂处于未完全凝固态；c、二次固化：再在固化处理后的第一活化碳纤维毡上放置第二活化碳纤维毡，常温下于1.5‑5千帕的压力下保压固化24‑48小时即得钒电池双集流板；其中，第一活化碳纤维毡与第二活化碳纤维毡相同，均由以下方法处理得到：将碳纤维毡置于pH为2‑4的硫酸中浸泡12‑24小时后，然后用频率为30‑70khz的超声波超声10‑30分钟后，冷却、洗涤烘干即可。

【技术特征摘要】
1.钒电池双集流板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a、可固化树脂预处理：可固化树脂中加入丙酮混匀，再与固化剂混匀，其中，可固化树脂与丙酮的体积比为1/4-1/2；b、固化处理：在模具中放入第一活化碳纤维毡，加入预处理后的可固化树脂，常温下固化使得可固化树脂处于未完全凝固态；c、二次固化：再在固化处理后的第一活化碳纤维毡上放置第二活化碳纤维毡，常温下于1.5-5千帕的压力下保压固化24-48小时即得钒电池双集流板；其中，第一活化碳纤维毡与第二活化碳纤维毡相同，均由以下方法处理得到：将碳纤维毡置于pH为2-4的硫酸中浸泡12-24小时后，然后用频率为30-70khz的超声波超声10-30分钟后，冷却、洗涤烘干即可。2.根据权利要求1所述的钒电池双集流板的制备方法，其特征在于，步骤a中可固化树脂为环氧树脂或酚醛树脂。3.根据权利要求1或2所述的钒电池双集流板的制备方法，其特征在于，步骤b中常温下固化6-12小时。4.根据权利要求1或2所述的钒电池双集流板的制备方法，其特征在于，步骤b中，可固化树脂层的厚度为0.8～1.7cm。5.根据权利要求3所述的钒电池双集流板的制备方法，其特征在于，步骤b中，可固化树脂层的厚度为0.8～1.7cm。6.钒电池端集流板的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李道玉，毛凤娇，程兴德，蒋仁贵，彭穗，杨林江，陈文龙，曹敏，
申请(专利权)人：攀钢集团研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51