用于液流电池的石墨毡以及使用其的液流电池制造技术

提供一种用于液流电池的石墨毡以及使用其的液流电池，其能够降低接触电阻，提高电池转换效率，与此同时，降低电堆内部压力，确保密封性，保证电解液流速，避免电池因局部过充而报废，从而延长电堆寿命。该石墨毡在厚度方向上具有两个主表面，其中，在至少一个主表面具有一个或多个凸起，并且，将未形成凸起部分所形成的表面设为第一表面、由所述凸起的高度一半处的横截面设为第二表面，所述第一表面和所述第二表面分别存在一个或多个，所述第二表面的在石墨毡厚度方向上投影面积的总面积小于第一表面的在石墨毡厚度方向上的投影面积的总面积。

【技术实现步骤摘要】
用于液流电池的石墨毡以及使用其的液流电池
本专利技术属于液流电池设备领域，具体而言，本专利技术涉及用于液流电池的石墨毡以及使用其的液流电池。
技术介绍
液流电池技术有大规模储能的天然优势：储电量的大小与电解液体积成线性正比，充放电功率由电堆尺寸及数量决定，所以能按照需求，设计出从kW到MW级别不同的充放电功率，可持续放电1小时到数天的不同储能体量的液流电池。液流电池电堆内部一个很重要的组成部件，即石墨毡。通常的液流电池石墨毡组装，是整张石墨毡与隔膜，石墨双极板一起依次叠加，组装时整体加压。在保证密封的同时，对石墨毡进行压缩，从而降低石墨毡与石墨双极板之间的接触电阻，提高能量转换效率。这种技术的主要缺点如下：1.为了保证密封性，降低接触电阻，有可能对石墨毡进行过度压缩。从而导致液体电解液在电堆内部流速降低，大大增加电解液在电堆中过度充电的可能性，致使电堆由于过充而阻塞，最终报废。2.由于电堆中的组件都是柔性材料，这样很难保证电堆数十个甚至上百个单电池的每一个电毡压缩率是相同的。如果有少数电毡压缩过高，则相应的单电池必然会出现过度充电的现象，最终结果必然是电堆失效。3.另一方面，过度压缩石墨毡，会令电堆内部长时间压力过大。密封部件在内部高压的条件下，材料逐渐失效，电堆出现漏液情况。而且电解液阻力过高，使电解液泵超负荷运行，寿命大大降低。反之，如果石墨毡压缩不够，会导致接触电阻增加，电池的能量转换效率下降。引用文献1公开了一种复合型碳毡流道。包括电解液流道，并设置在双极板上，所述电解液流道包括平直并联进口流道、平直并联出口流道以及若干个蛇形支流流道，所述若干个蛇形支流流道依次设置在平直并联进口流道和平直并联出口流道之间，且每个蛇形支流流道的进口分别与平直并联进口流道相连通，每个蛇形支流流道的出口分别与平直并联出口流道相连通，所述平直并联进口流道的进口位置方向位于平直并联出口流道的出口位置方向反向侧。其技术构思在于电解液的导流，没有涉及对安装时由于石墨毡压缩而导致的问题。这种蛇形结构在实用上存在如下的问题：电解液在电堆流动的阻力局部或整体增大，使液流循环泵的负荷非常大，而且，这种复杂结构必然会导致电堆每个单电池流量产生差异，很容易使一些单电池过充，产生危险气体，以及电极物质的腐蚀。引用文献2公开了一种便于全钒液流电池中组装石墨毡的安装结构，包括石墨毡与液流框，所述石墨毡上设有便于安装的安装台，所述液流框上设有与安装台配合使用的安装口。该文献也不涉及对安装时由于石墨毡压缩而导致的问题的研究。因此，如何在保证降低接触电阻的同时，保持电解液较低的阻力，降低电堆内压，是现有石墨毡压缩方法下，很难同时兼顾的一个关键问题。引用文献1CN206758557U引用文献2CN206516703U
技术实现思路
专利技术要解决的问题本专利技术针对上述现有技术中的不足，目的在于提供一种用于液流电池的石墨毡以及使用其的液流电池，其能够降低接触电阻，提高电池转换效率，与此同时，在组装时能够降低电堆内部压力，确保密封性，同时保证电解液流速，避免电池因过充而报废，从而延长电堆寿命。用于解决问题的方案本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案如下。本专利技术首先提供了一种用于液流电池的石墨毡，所述石墨毡在厚度方向上具有两个主表面，其中，在至少一个主表面具有一个或多个凸起，将未形成凸起部分所形成的表面设为第一表面、由所述凸起的高度一半处的横截面设为第二表面，所述第一表面和所述第二表面分别存在一个或多个，所述第二表面的在石墨毡厚度方向上投影面积的总面积小于第一表面的在石墨毡厚度方向上的投影面积的总面积。根据以上所述的石墨毡，所述凸起的高度小于石墨毡最大厚度的1/2，优选为不超过1/3。根据以上所述的石墨毡，所述第一表面为垂直于石墨毡厚度方向的平面，和/或，所述凸起在顶部具有垂直于石墨毡厚度方向的平面。根据以上任一项所述的石墨毡，所述凸起独立的具有相同或不同的立体形状。根据以上任一项所述的石墨毡，当存在多个第二表面时，所有所述第二表面均处于同一平面内。根据以上任一项所述的石墨毡，以石墨毡具有凸起的主表面的中心的横轴或纵轴为对称轴，所述凸起以对称的方式形成于或分布于所述对称轴两侧。根据以上任一项所述的石墨毡，所述石墨毡仅在一个主表面上具有所述凸起，另一个主表面具有平面结构，并且，所述具有凸起的主表面中第一表面与石墨毡的所述另一个主表面平行。根据上述的石墨毡，设定所述第一表面与另一个主表面的距离为H1，所述第二表面与另一个主表面的距离为H2，则，存在如下关系：0.9H2＞H1≥0.6H2，更优选为0.8H2≥H1≥0.7H2根据以上任一项所述的石墨毡，在同一主表面上，相对于所述第一表面与所述第二表面的在石墨毡厚度方向上的投影面积总和，所述第二表面的投影面积小于50％以下、优选为30％以下。进一步，本专利技术还提供了一种液流电池，其使用如以上任一项所述的石墨毡而制成。专利技术的效果根据本专利技术的用于液流电池的石墨毡以及使用其的液流电池，能够降低接触电阻，提高电池转换效率，与此同时，降低电堆内部压力，确保密封性，同时保证电解液流速，避免电池因局部过充而报废，从而延长电堆寿命。附图说明图1为示出本专利技术的石墨毡的构成的一个例子的俯视图。图2为示出图1所示的本专利技术的石墨毡的构成的一个例子的侧视图。图3为示出本专利技术的石墨毡的构成的一个例子的侧视图。图4为示出本专利技术的石墨毡的构成的一个例子的侧视图。图5为示出本专利技术的石墨毡的构成的一个例子的侧视图。附图标记说明1第一表面2第二表面3凸起具体实施方式下面说明本专利技术的具体实施方式。需要说明的是，以下内容可以看作对本专利技术各种实施方式的具体列举或解释，但不应看作对本专利技术实施方案的限制。本专利技术首先提供了一种用于液流电池的石墨毡，本专利技术所涉及的石墨毡为碳毡在真空或惰性气氛下经2000℃以上高温处理后而得到，含碳量比碳毡高，达99％以上。石墨毡因选用原毡的不同分为沥青基、聚丙烯腈基石墨毡和黏胶基石墨毡三种。相对于现有石墨毡通常具有的均一外形，本专利技术的石墨毡其具有在厚度方向上一个或多个凸起。显然，与现有的石墨毡在厚度方向上具有均一厚度的情况不同。专利技术人发现，原本认为上述均一厚度具有能够易于组装且能够在装配时避免石墨毡层叠体内部阻力分布不均匀性，防止液流电池效率降低的性能。但实际情况并不尽如人意。专利技术人推测这种情况是由均一厚度石墨毡本身受压情况所决定的：压缩过大，会造成电堆整体内压过大，电解液流速降低，局部容易产生局部过充现象，导致电堆报废；压缩过小，会造成石墨毡和双极板之间接触电阻过大，降低电池的能量转换效率。石墨毡的均一厚度在这种情况下，很难同时满足保证电解液流速良好和降低接触电阻这两个目的。依据本专利技术的技术方案中，由于部分凸起的存在使得电堆内石墨毡层叠时总体压力变小，并且依然本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于液流电池的石墨毡，其特征在于，所述石墨毡在厚度方向上具有两个主表面，其中，/n在至少一个主表面具有一个或多个凸起，将未形成凸起部分所形成的表面设为第一表面、由所述凸起的高度一半处的横截面设为第二表面，所述第一表面和所述第二表面分别存在一个或多个；/n所述第二表面的在石墨毡厚度方向上投影面积的总面积小于第一表面的在石墨毡厚度方向上的投影面积的总面积。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于液流电池的石墨毡，其特征在于，所述石墨毡在厚度方向上具有两个主表面，其中，
在至少一个主表面具有一个或多个凸起，将未形成凸起部分所形成的表面设为第一表面、由所述凸起的高度一半处的横截面设为第二表面，所述第一表面和所述第二表面分别存在一个或多个；
所述第二表面的在石墨毡厚度方向上投影面积的总面积小于第一表面的在石墨毡厚度方向上的投影面积的总面积。


2.根据权利要求1所述的石墨毡，其特征在于，所述凸起的高度小于石墨毡最大厚度的1/2，优选为不超过1/3。


3.根据权利要求1或2所述的石墨毡，其特征在于，所述第一表面为垂直于石墨毡厚度方向的平面，和/或，所述凸起在顶部具有垂直于石墨毡厚度方向的平面。


4.根据权利要求1-3任一项所述的石墨毡，其特征在于，所述凸起独立的具有相同或不同的立体形状。


5.根据权利要求1-4任一项所述的石墨毡，其特征在于，当存在多个第二表面时，所有所述第二表面均处于同一平面内。

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【专利技术属性】
技术研发人员：祖革，王瑾，郑晓昊，
申请(专利权)人：江苏泛宇能源有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32