电极结构和包括其的氧化还原液流电池制造技术

本说明书涉及一种电极结构，其包括在一个表面或两个表面上容纳有含孔碳块的液流框架，所述碳块的孔隙率为5％‑70％，并且抗压强度为20MPa以上，本说明书还涉及包括上述电极结构的氧化还原液流电池。

Electrode structure and redox flow battery including it

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电极结构和包括其的氧化还原液流电池
本说明书要求2017年2月28日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2017-0026394的优先权和权益，该申请的全部内容通过引用并入本说明书中。本说明书涉及一种电极结构和包括其的氧化还原液流电池。
技术介绍
能量存储技术对所有能源的有效使用(例如能量使用效率、供电系统的容量或可靠性的提高、随时间发生巨变的新能源和可再生能源的扩张、或者移动体的能量回收)都是重要的技术，其发展潜力和社会需求一直在增加。对二次电池的研究一直在积极地进行，以便调整半自治区域供电系统(如微电网)的供需平衡，适当分配新能源和可再生能源发电(诸如风能发电或太阳能发电)的不均衡输出，以及控制由于与现有电力系统的差异而产生的电压和频率波动的影响，在这些领域中，二次电池的使用预期在增加。就用于大容量电力存储的二次电池所需要的性能而言，能量存储密度要高，而作为最适合这种性能要求的高容量和高效率的二次电池，液流电池受到了最大关注。液流电池形成为阴极电极和阳极电极以隔板为中心位于两侧。在电极的外部，分别设置用于电池紧固和导电的板，并且该构造包括装有电解液的阴极槽和阳极槽、以及电解液进入的入口和电解液出来的出口。
技术实现思路
技术问题本说明书旨在提供一种电极结构、以及包括该电极结构的氧化还原液流电池。技术方案本说明书的一个实施例提供一种电极结构，其包括：具有孔的碳块(carbonblock)；以及在一个表面或两个表面上容纳有所述碳块的液流框架(flowframe)，其中，所述碳块的孔隙率大于或等于5％且小于或等于70％，并且所述碳块的抗压强度(compressivestrength)为20MPa以上。本说明书的另一实施例提供一种氧化还原液流电池，其包括：第一端板；第一单极板；隔板；第二单极板；和第二端板，其中，所述第一端板、所述第一单极板、所述隔板、所述第二单极板和所述第二端板顺序设置，其中，所述第一单极板和所述第二单极板中的至少一个是上述电极结构。有益效果本说明书所述的电极结构的电极的优点是，几乎不被电池单元的紧固压力所压缩，并且在制造时保持孔隙率。本说明书所述的氧化还原液流电池的优点是，以高流速向电极提供电解液。附图说明图1是使用现有技术中的电极结构紧固电池的分解剖视图；图2是使用现有技术中的电极结构紧固的电池的剖视图；图3是本说明书的一个实施例所述的电极结构的剖视图；图4是使用本说明书的一个实施例所述的电极结构紧固电池的分解剖视图；图5是使用本说明书的一个实施例所述的电极结构紧固的电池的剖视图；图6是使用本说明书的另一实施例所述的电极结构的氧化还原液流电池的分解剖视图；图7是使用扫描电镜以150倍的放大率观察到的本说明书所述的碳块的图像。具体实施方式下文中，将详细描述本说明书。本说明书的电极结构包括：具有孔的碳块；以及在一个表面或两个表面上容纳有所述碳块的液流框架。当所述电极结构包括：碳块；以及在一个表面上容纳有所述碳块的液流框架时，该电极结构是单极板。此处，单极板指仅设置有碳块的一个表面起到电极作用的板。当所述电极结构包括：碳块；以及在两个表面上容纳有所述碳块的液流框架时，该电极结构是双极板。此处，双极板指设置有碳块的两个表面都起到电极作用的板。在双极板的两个表面上的电极是彼此相反的电极或者是相同的电极，具体地，当一个表面上的电极是阳极时，另一表面上的电极可以起到阴极的作用。所述碳块的孔隙率可以大于或等于5％且小于或等于70％，具体地，大于或等于20％且小于或等于50％，更具体地，大于或等于30％且小于或等于40％。当紧固液流电池时，所述碳块的变化可以为10％以下，具体地为2％以下，更具体地，所述碳块可以几乎不变化。在这种情况下，当使用所述碳块紧固液流电池单元时，所述碳块几乎不收缩，并且即使在紧固的电池单元中，也可以保持制造时的碳块的孔隙率。此处，孔隙率的变化是指施加压力之前的孔隙率与施加压力之后的孔隙率之差。所述碳块的平均厚度可以考虑碳块容纳槽的深度和紧固结构来确定，具体地，所述碳块的平均厚度可以与碳块容纳槽的平均深度相同，或者可以比碳块容纳槽的平均深度更小或更大。例如，当容纳槽的深度为2mm时，碳块厚度通常为2mm，然而，根据垫圈的形状和厚度，碳块厚度可以大于或小于容纳槽深度。具体地，当在液流框架的整个非导电区域中使用垫圈片时，就获得了使碳块容纳槽深度加深所用垫圈厚度的效果，然而，作为另一实例，当不使用表面垫圈类型，而是通过插入雕刻图案凹槽中使用O形环垫圈或索状O形环垫圈(cordo-ring-typegasket)时，就不会有容纳槽深度的增加。通过用包含球形酚醛树脂和粘合剂的组合物填充块型模具、将其压缩然后碳化，可以将所述碳块制备成多孔的。通过制备球形酚醛树脂、用包含该球形酚醛树脂和液态多元酚的组合物填充块型模具、将其压缩、然后进行干燥/除脂/烧结/高纯化处理，可以将所述碳块制备成多孔的。此处，所述球形酚醛树脂是聚合物，并且酚醛树脂是指包括由酚(苯酚、甲酚、二甲苯酚、间苯二酚)和醛(甲醛、乙醛、糠醛)得到的树脂的热固性树脂，及其改性树脂。所述液态多元酚是分子量较低的材料，在室温下为液体，并且可以作为连接所述球形酚醛树脂的粘合剂树脂。此处，所用球形酚醛树脂的颗粒可以是平均直径为100μm至800μm的球形合成树脂颗粒。所述碳块的抗压强度为20MPa以上，具体地，为25MPa以上。在这种情况下，当使用所述碳块紧固液流电池单元时，所述碳块几乎不收缩，并且即使在紧固的电池单元中，也可以保持制造时的碳块的孔隙率。此处，抗压强度越高越好，因此，没有规定上限。此处，抗压强度是指使用KSL1601:2006中规定的试验分析方法测量的值。所述碳块的烧结密度为0.6g/cm3以上，具体地为0.7g/cm3以上。在这种情况下，当使用所述碳块紧固液流电池单元时，所述碳块几乎不收缩，并且即使在紧固的电池单元中，也可以保持制造时的碳块的孔隙率。此处，烧结密度越高越好，因此，没有规定上限。此处，烧结密度是指使用KSL3409:2010中规定的试验分析方法测量的值。所述碳块的平均孔尺寸可以大于或等于25μm且小于或等于200μm，具体地大于或等于70μm且小于或等于120μm，更具体地大于或等于90μm且小于或等于110μm。在电池紧固之前，所述碳块可以另外进行热处理。具体地，所述碳块可以在供应空气的同时在高温下热处理一定时间以上。此处，热处理温度可以为约500℃，而热处理时间可以大于或等于5小时且小于或等于7小时。在所述碳块的至少一个表面上，还可以包括和设置界面电阻减小层，其包括选自碳纸、碳布和薄碳毡中的任意一种。具体地，所述电极结构还可以包括设置在所述碳块的一个表面或两个表面上的碳纸。这可以降低界面电阻并且提高反应速率。所述界面电阻减小层的厚度可以大于或等于0.01mm且小于或等于1mm，并且可以大于或等于0.1mm且小于或等于0.7mm。这可以降低界面电阻并且提高反应速率。当在所述碳块的至少一个表面上设置界面电阻减小层时，所述碳块的平均厚度可以考虑界面电阻减小层的厚度来确定。具体地，在至少一个表面上设置有界面电阻减小层的碳块，其碳块与界面电阻减小层的平均厚度总和可以与碳块容纳槽的平均深度相同，或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电极结构，包括：具有孔的碳块；和在一个表面或两个表面上容纳有所述碳块的液流框架，其中，所述碳块的孔隙率大于或等于5％且小于或等于70％，并且所述碳块的抗压强度为20MPa以上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.28 KR 10-2017-00263941.一种电极结构，包括：具有孔的碳块；和在一个表面或两个表面上容纳有所述碳块的液流框架，其中，所述碳块的孔隙率大于或等于5％且小于或等于70％，并且所述碳块的抗压强度为20MPa以上。2.根据权利要求1所述的电极结构，其中，所述液流框架在一个表面或两个表面上设置有碳块容纳槽，以及所述碳块的平均厚度小于所述碳块容纳槽的平均深度，或者大于所述碳块容纳槽的平均深度。3.根据权利要求1所述的电极结构，还包括设置在所述碳块的至少一个表面上的界面电阻减小层，该界面电阻减小层包括选自碳纸、碳布和薄碳毡中的任意一种。4.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李政倍，鲁台根，边修真，朴埈皞，文植园，金成妍，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国,KR