一种液流电池电堆制造技术

一种液流电池电堆，电堆由两节或两节以上单电池组成,单电池包括按顺序依次叠合的双极板、电极框、密封垫、电极、膜、电极、密封垫、电极框、双极板，其中双极板为导电橡胶材料，电极框与双极板直接接触贴合密封，电极框与双极板之间无需放置密封垫。与现有液流电池中使用导电塑料作为双极板相比，由于导电橡胶材料具有密封功能，可省掉电极与双极板间的密封垫，从而简化了电池结构，节省了密封部件，可降低液流储能电池的密封成本。

Liquid flow battery stack

A liquid flow cell stack, the stack is composed of two or more than two single cell, single cell including a bipolar plate, sequentially laminated electrode frame, gasket, electrode, membrane, electrode, gasket, electrode frame, bipolar plate, the bipolar plate is a conductive rubber material, electrode and bipolar box in direct contact with the seal, without placing gasket between the electrode and bipolar plate frame. With the existing flow battery used in conductive plastics as compared to bipolar plate, the conductive rubber has a sealing function, can save the gasket between the electrode and bipolar plate, thus simplifying the battery structure, saving the sealing parts, can reduce the cost of the sealing liquid flow battery.

【技术实现步骤摘要】
一种液流电池电堆
本专利技术涉及化学储能技术中的液流储能电池领域，特别涉及全钒液流储能电池。
技术介绍
全钒液流储能电池因其具有输出功率和容量相互独立，系统设计灵活；能量效率高，寿命长，运行稳定性和可靠性高，自放电低；选址自由度大，无污染、维护简单，运营成本低，安全性高等优点，在规模储能方面具有广阔的发展前景，被认为是解决太阳能、风能等可再生能源发电系统随机性和间歇性非稳态特征的有效方法，在可再生能源发电和智能电网建设中有着重大需求。全钒液流储能电池主要由电堆、电解质溶液、电解质溶液储供体系、电池管理体系、充放电体系、储能监控体系等部分组成，电堆是液流电池储能系统的核心，电堆一般是由十数节或者数十节单电池以特定要求，按压滤机的形式叠合而成。全钒液流电池单电池是组装电堆的最基本单元。如图1所示，在单电池的中央是一张用于分隔正负极电解质溶液，传导质子(离子)形成电流回路的离子交换膜。在此隔膜的两侧对称的配置有电极、电极框、密封垫、双极板、集流板、绝缘板、端板及螺杆、螺帽等。目前的双极板材料多为碳塑复合材料，仅起实现单电池之间的联结，隔离相邻单电池间的电解质溶液，同时收集双极板两侧电极反应所产生的电流的作用，自身无密封功能。为保证密封，电极框两侧与双极板和离子交换膜接触处均需配置有密封垫，导致结构复杂，密封成本较高。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术使用导电橡胶材料作为双极板，如图2所示，利用导电橡胶材料自身具有的密封功能，在电极框4与双极板2之间无需放置密封垫3。与现有技术(图1)相比，单节电池中密封垫的使用数量从4片降低到2片，从而大幅度降低了液流储能电池的密封成本。此外，由于密封垫的减少，电池厚度也相应减小，电池的重量和体积也相应降低，能量密度有所提高。为实现上述目的，本专利技术采用的具体技术方案如下：本专利技术提供一种液流电池电堆，由两节或两节以上单电池组成,单电池包括按顺序依次叠合的双极板、电极框、密封垫、电极、膜、电极、密封垫、电极框、双极板，双极板为导电橡胶材料，电极框与双极板直接接触贴合密封，电极框与双极板之间无需放置密封垫。所述导电橡胶材料的电导率不低于5S/cm，优选地，为10～1000S/cm。所述导电橡胶材料由导电填料和橡胶组分组成，两者质量比为1/1～4/1，优选地，为3/2～3/1。考虑到液流储能电池的电解液多为强酸或强碱性电解液，所述导电橡胶材料中的导电填料为碳素类导电填料，如石墨粉、碳黑和碳纤维中的一种或两种以上，优选地，为具有高石墨化度的碳素类导电填料，石墨化度为60～99％。所述导电橡胶材料中的橡胶组分为能耐强酸强碱的橡胶，如氟橡胶、三元乙丙橡胶和聚烯烃弹性体中的一种或两种以上。本专利技术电堆可以推广应用到锌溴液流电池、多硫化钠溴液流电池和锌镍液流电池等液流储能电池中。本专利技术具有如下优点：(1)采用本专利技术的电堆，单节电池中密封垫的使用数量从4片降低到2片，从而大幅度降低了液流储能电池的密封成本。(2)采用本专利技术的电堆，由于密封垫数量的减少，电池厚度也相应减小，电池的重量和体积也相应降低，能量密度有所提高。(3)本专利技术的液流电池电堆较原结构减少了部件数量，易于操作组装，且密封材料用量减少，具有商业化推广应用价值。附图说明图1是现有技术中液流电池电堆的单电池结构示意图；其中：1电池端板；2双极板；3密封垫；4电极框；5多孔电极；6离子交换膜图2是本专利技术液流储能电池的单电池结构示意图。其中：1电池端板；2双极板；3密封垫；4电极框；5多孔电极；6离子交换膜具体实施方式下面通过具体实施例详述本专利技术。实施例1选取电导率为20S/cm的导电氟橡胶板作为双极板，其中，导电填料为石墨粉，石墨化度为97％，质量比为60％；橡胶组分为氟橡胶，质量比为40％。按照图2所示的结构组装成全钒液流储能单电池，其中电极框4为3mm厚，电极5为5mm厚的碳毡，密封垫3为0.5mm厚的氟橡胶。如表1所示，采用本专利技术的全钒液流单电池，电流密度为80mA/cm2时，电压效率和能量效率分别为88.2％和83.7％，较比较例中的电池效率有所提高。对比例按照图1所示的结构组装成全钒液流储能单电池，其中，选取电导率为20S/cm的导电塑料板作为双极板，电极框4为3mm厚，电极5为5mm厚的碳毡，密封垫3为0.5mm厚的氟橡胶。如表1所示，电流密度为80mA/cm2时，电压效率和能量效率分别为87.2％和83.2％。实施例2选取电导率为10S/cm的导电三元乙丙橡胶板作为双极板，其中，导电填料为碳黑，石墨化度为60％，质量比为30％；橡胶组分为三元乙丙橡胶，质量比为70％。按照图2所示的结构组装成全钒液流储能单电池，其中电极框4为3mm厚，电极5为5mm厚的碳毡，密封垫3为0.5mm厚的氟橡胶。如表1所示，采用本专利技术的全钒液流单电池，电流密度为80mA/cm2时，电压效率和能量效率分别为87.6％和84.1％，较比较例中的电池效率有所提高。实施例3选取电导率为50S/cm的导电聚烯烃弹性体板作为双极板，其中，导电填料为石墨粉和碳黑，质量比分别为40％和20％；聚合物基体组分为聚烯烃弹性体，质量比为40％。按照图2所示的结构组装成全钒液流储能单电池，其中电极框4为3mm厚，电极5为5mm厚的碳毡，密封垫3为0.5mm厚的氟橡胶。如表1所示，采用本专利技术的全钒液流单电池，电流密度为80mA/cm2时，电压效率和能量效率分别为88.9％和84.6％，较比较例中的电池效率有所提高。表1采用本专利技术电池结构时全钒液流储能单电池在不同电流密度下的电池效率与现有液流电池中使用导电塑料作为双极板相比，由于导电橡胶材料具有密封功能，可省掉电极与双极板间的密封垫，从而简化了电池结构，节省了密封部件，可降低液流储能电池的密封成本。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液流电池电堆，其特征在于：电堆由两节或两节以上单电池组成,单电池包括按顺序依次叠合的双极板、电极框、密封垫、电极、膜、电极、密封垫、电极框、双极板，其中双极板为导电橡胶材料，电极框与双极板直接接触贴合密封，电极框与双极板之间无需放置密封垫。

【技术特征摘要】
1.一种液流电池电堆，其特征在于：电堆由两节或两节以上单电池组成,单电池包括按顺序依次叠合的双极板、电极框、密封垫、电极、膜、电极、密封垫、电极框、双极板，其中双极板为导电橡胶材料，电极框与双极板直接接触贴合密封，电极框与双极板之间无需放置密封垫。2.根据权利要求1所述电堆，其特征在于：所述导电橡胶材料的电导率不低于5S/cm，优选地，为10～1000S/cm。3.根据权利要求1所述电堆，其特征在于：所述导电橡胶材料由导电填料和橡胶组分组成，两者质量比为1/1～4/...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘涛，张华民，李先锋，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21