一种钒电池结构及电极处理工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种钒电池结构，通过隔板将电池盒内的电解液仓的内腔分隔为循环仓和放电仓两个子仓，在隔板上开分别设有第一缺口和第二缺口用于连通循环仓和放电仓。还提供了一种用于钒电池结构的电极处理工艺，所述处理工艺依次进行步骤：对石墨电极进行钻孔处理、烘烤、冷却、硅酸钠溶液中进行浸泡、晾干、硫酸进行浸泡、晾干、在真空或惰性气体环境中进行烘烤、冷却处理，最后在蒸馏水中浸泡后自然晾干则完成处理工艺。通过改变电池内部结构促进电解液的循环流通，以及通过改性高纯石墨电极板增加其导电性，能够大大降低钒电池的极化效应，增加钒电池的充放电效果。

【技术实现步骤摘要】
一种钒电池结构及电极处理工艺
本专利技术涉及一种钒电池
，具体涉及一种钒电池结构及电极处理工艺。
技术介绍
现有钒电池技术分为全钒液流电池和静态钒电池两类。全钒液流电池主要用于电网调峰、风能、太阳能等大型储能项目，与全钒液流电池相关的专利较多，主要涉及液流系统(集流体)、电解液、隔膜和结构；静态钒电池：其电解液可直接放入电极组件中，不需外加电解液罐，则不需要用泵将电解液打入电极组件中，故为静态钒电池。静态钒电池由于浓差极化、欧姆极化等原因，充放电效果不好，钒电池难以实现小型化。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是静态钒电池由于电极极化等原因，充放电效果不好，钒电池难以实现小型化，目的在于提供一种钒电池结构及电极处理工艺，通过改变电池内部结构促进电解液的循环流通，以及通过改性高纯石墨电极板增加其导电性，能够大大降低钒电池的极化效应，增加钒电池的充放电效果。本专利技术通过下述技术方案实现：一种钒电池结构，包括电池盒，所述电池盒内设有电解液仓，所述电解液仓内设有隔板，所述隔板将电解液仓的内腔分隔为循环仓和放电仓两个子仓；在隔板上开设有第一缺口和第二缺口用于连通循环仓和放电仓。一个设有正极电解液仓的电池盒和另一个设有负极电解液仓的电池盒相连接构成一个完整的钒电池结构。本专利技术通过设置隔板将电解液仓分隔为循环仓和放电仓两个子仓，放电仓用于放置电极，循环仓内的电解液和放电仓内的电解液通过设置隔板上的第一缺口和第二缺口进行循环流通。循环仓和放电仓内的电解液由于浓度、密度不同、温度不同，通过第一缺口和第二缺口实现电池内部电解液循环流通，产生密度流(异重流)以减少电池内部浓差极化，克服静态钒电池放电效果不佳的弱点，有利于实现钒电池的小型化。驱动液体内部流动的最主要原因是温差和浓差异重流：①温差异重流：当电池进行充放电时，放电仓电流通过时，由于放电仓内电解液与极板的电阻产生热量而放热，使放电仓内的电解液温度升高。而循环仓内电流密度较放电仓小，温度低于放电仓，循环仓和放电仓之间产生温差异重流；②浓差异重流：循环仓由于没有导电极板和横截面积小于放电仓的原因，其电阻比放电仓大，循环仓与放电仓在电池内部形成并联电路，按照并联各支路的电流与对应的电阻成反比的原理，放电仓通过的电流大于循环仓。由于电流密度不同造成循环仓与放电仓之间产生浓度差，从而产生浓差异重流。以电池正极充电为例，在充电过程中发生如下反应：V4+-e→V5+放电仓在充电过程中由于电解液靠近极板的原因先于循环仓内的生成V5+，放电仓内V5+浓度高于循环仓内的V5+浓度，从而产生浓差异重流。优选地，还包括与所述钒电池结构结合使用的硅改性高纯石墨电极。通过采用硅改性高纯石墨电极，有利于增强高纯石墨电极的导电性，同时，由于电极电阻减小，有利于降低电极导体本身引起的欧姆极化效应，增大循环仓和放电仓内电解液浓度、密度差，促进电解液在电解仓内的循环流动，提高电池的充放电能量效率。优选的，还包括与所述钒电池结构结合使用的钻孔纯钛板或钻孔钛合金板电极，所述钻孔数目为1～40目。本专利技术使用过的钛材料电极有：纯钛(TA1、TA2、TA3、TA4)；钛合金电极材料有：TB系列合金，如TB7。经过实验表明，对纯钛(TA1、TA2、TA3、TA4)或TB系列合金板进行钻孔处理，钻孔数目为1～50目时，作为电池负极，后续不需要电极处理工艺，具有良好的导电效果。优选地，所述循环仓和放电仓的体积比为1:1～1:20。由于电阻与横截面积成反比，即横截面积越大电阻越小。在相同高度的条件下，循环仓横截面积若超过放电仓(即V循＞V放)，循环仓内阻将小于放电仓，会影响电池内部电解液异重流流速和方向。同时，在相同高度的条件下，循环仓横截面积不能过小，过小会造成电池内部异重流的流速瓶颈，减弱抑制浓差极化的作用。优选地，所述电解液仓的侧壁上设有至少一个流道进液管和至少一个流道排液管，且所述流道进液管和流动排液管均使放电仓的内腔与外部连通。使用过程中，可通过流道进液管向放电仓内注入新的电解液，通过流道排液管将放电仓内使用过的电解液排出，既有更换电解液的作用，同时还有利于促进电解液的流通。本专利技术所提供的钒电池结构，可将充好的钒电解液加入该电池结构中，达到换液如换电的目的，在电动汽车领域实现瞬间秒冲(电)，是将全钒液流电池与静态钒电池相结合的一种解决方案，解决现有电动汽车以时间换空间的难题。此外，本专利技术提供的钒电池结构也可用做全钒液流电池的集流体，用于大型储能项目。优选地，所述电解液仓分为正极电解液仓和负极电解液仓两类，所述正极电解液仓的放电仓与负极电解液仓的放电仓之间通过电池隔膜连接，且所述电池盒与电池隔膜结合端口处设有隔膜粘合部，所述隔膜粘合部在与电池盒侧壁垂直的方向向外延伸、且隔膜粘合部的宽度大于电池盒的壁厚度。通过设置隔膜粘合部，使电池盒与电池隔膜结合处略宽于电池盒壁厚，以增加正、负极电极放电仓与隔膜粘合或热合的接触面。一种用于钒电池的电极处理工艺，所述处理工艺的具体步骤包括：步骤1，对高纯石墨电极进行钻孔处理；石墨板钻孔后增加石墨与电解液接触面积，促进电解液流动，因此石墨电极原料也可使用多孔石墨、膨胀石墨或石墨毡；步骤2，将所述钻孔后的高纯石墨电极进行烘烤，烘烤结束后冷却处理；通过烘烤去除石墨中的水分以及其它易挥发的杂质；步骤3，将冷却后的高纯石墨电极在硅酸钠溶液中进行浸泡，待浸泡结束后晾干处理；将所述晾干后的高纯石墨电极在硫酸进行浸泡，待浸泡结束后晾干处理；步骤4，将所述步骤3晾干后的高纯石墨电极在真空或惰性气体环境中进行煅烧，煅烧结束后冷却处理；步骤5，将所述步骤4冷却后的高纯石墨电极在蒸馏水中浸泡后自然晾干则获得硅改性高纯石墨电极。优选地，所述步骤1中，对高纯石墨电极进行钻孔，钻孔数目为1～200目。优选地，所述步骤2中，烘烤温度为100～400℃，烘烤时间为20～60min。优选地，所述步骤3中，采用质量百分比浓度为3～15％的硅酸钠溶液进行浸泡，浸泡温度为0～50℃，浸泡时间为1～60min；采用质量百分比浓度为3～50％的硫酸溶液浸泡，浸泡温度为0～50℃，浸泡时间为1～60min。优选地，所述步骤4中，烘烤温度为1600～1950℃，烘烤时间为1～30min。本专利技术的电极处理工艺中，在采用硫酸浸泡时发生如下化学反应：NaSiO3(l)+H2SO4(l)→H2SiO3↓(s)+Na2SO4(l)；采用硫酸浸泡后将高纯石墨电极晾干，在惰性气体或真空条件下进行高温烘烤，烘烤时所发生的主要化学反应的方程式为：H2SiO3(s)+C(s)→Si(s)+CO2(g)+H2O(g)；H2SO4(l)→H2O(g)+SO3(g)；SiO2(s)+2C(s)→Si(s)+2CO(g)。本专利技术采用的高纯石墨电极，所述高纯石墨是指石墨的含碳量>99％，高纯石墨电极可采用石墨板或石墨带等结构。通过将高纯石墨电极进行切割与钻孔、烘烤、硅酸钠溶液浸泡、硫酸溶液浸泡、高温烘烤、清洗等流程加入硅元素，使硅元素均匀镶嵌在石墨板中，增加了高纯石墨电极的导电性，从而提高钒电池的能量密度。工艺最后的高温烘烤后所产生的气体送尾气回收装置用于制取硫酸盐和碳酸盐。本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：本专利技术提供了一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钒电池结构，包括电池盒(1)，所述电池盒(1)内设有电解液仓(2)，其特征在于，所述电解液仓(2)内设有隔板(3)，所述隔板(3)将电解液仓(2)的内腔分隔为循环仓(4)和放电仓(5)两个子仓；在隔板(3)上开设有第一缺口(6)和第二缺口(7)用于连通循环仓(4)和放电仓(5)。

【技术特征摘要】
1.一种钒电池结构，包括电池盒(1)，所述电池盒(1)内设有电解液仓(2)，其特征在于，所述电解液仓(2)内设有隔板(3)，所述隔板(3)将电解液仓(2)的内腔分隔为循环仓(4)和放电仓(5)两个子仓；在隔板(3)上开设有第一缺口(6)和第二缺口(7)用于连通循环仓(4)和放电仓(5)。2.根据权利要求1所述的一种钒电池结构，其特征在于，还包括与所述钒电池结构结合使用的硅改性钻孔高纯石墨电极；或钻孔纯钛板或钻孔钛合金板电极，所述钻孔数目为1～50目。3.根据权利要求1或2所述的一种钒电池结构，其特征在于，所述循环仓(4)和放电仓(5)的体积比为1:1～1:20。4.根据权利要求1或2所述的一种钒电池结构，其特征在于，所述电解液仓(2)的侧壁上设有至少一个流道进液管(8)和至少一个流道排液管(9)，且所述流道进液管(8)和流动排液管(9)均使放电仓(5)的内腔与外部连通。5.一种用于钒电池结构的电极处理工艺，其特征在于，所述处理工艺的具体步骤包括：步骤1，对高纯石墨电极进行钻孔处理；步骤2，将所述钻孔后的高纯石墨电极进行烘烤，烘烤结束后冷却处理；步骤3，将冷却后的高纯石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻思皓，喻中甫，
申请(专利权)人：喻思皓，
类型：发明
国别省市：四川,51