用于液流电池的复合电极、液流电池及电堆制造技术

本发明专利技术涉及储能技术领域，公开了一种用于液流电池的复合电极、液流电池及电堆。所述复合电极包括：分布层，用于分布电解液；反应层，用于接收所述分布层的所述电解液，并为该电解液提供电化学反应的场所；以及接触层，用于减小所述分布层的接触电阻，以降低所述液流电池的内阻。本发明专利技术通过设置分布层、反应层及接触层，有效地分离复合电极的电化学反应场和电解液分布场，其中分布层可在很大程度上减少因流动不均匀带来的死区和沟流，接触层可极大地降低该液流电池的内阻；同时可分别针对分布层与反应层进行特殊设计，从而提高将该复合电极作为正极和/或负极的电池与电堆的输出功率和能量效率。量效率。量效率。

【技术实现步骤摘要】
用于液流电池的复合电极、液流电池及电堆


[0001]本专利技术涉及储能
，具体地涉及一种用于液流电池的复合电极、液流电池及电堆。

技术介绍

[0002]储能作为提高能源利用率的关键技术，能够提高可再生能源的利用率，提高电网稳定性，主要用于可再生能源并网、削峰填谷、调峰调频等方面。其中，液流电池因其长寿命、安全可靠、功率和容量可单独设计等优点，成为大规模储能的主要技术之一。
[0003]液流电池一般是由功率单元和容量单元组成。作为容量单元的电解液，以活性物质的价态变化实现能量的储存和释放。工作时，电解液流经作为功率单元的电堆内部，进行电能和化学能的转换，从而实现功率的输入和输出。因此，在电解液体系确定的前提下，电堆的性能决定储能系统的做功的能力和效率。
[0004]具体地，电解液流经电堆内部，在电极表面发生电化学反应，以实现化学能与电能的转换。在这个过程中，电解液流动分布、浓度差极化、以及电极与双极板的接触电阻等因素，都对电化学反应产生较大的影响，进而影响电堆的做功能力和效率。在现有技术所公开的液流电池中，通常采用石墨毡或碳毡类的多孔材料为电极，工作时，电解液流过多孔电极，并参与反应。由此可见，电极在提供电化学反应场所的同时，还要起到分布电解液的作用。因此，在传统的电堆设计中，需要在电极的厚度、电化学活性、孔隙率及导电能力之间进行平衡，这不利与将各项功能同时最大化，故不能使电堆在高电流密度下运行。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种用于液流电池的复合电极、液流电池及电堆，其不仅可实现电极的电化学反应场和电解液分布场的有效分离，还可降低液流电池的内阻，从而提高电池输出功率和能量效率。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术一方面提供一种用于液流电池的复合电极，所述复合电极包括：分布层，用于分布电解液；反应层，用于接收所述分布层的所述电解液，并为该电解液提供电化学反应的场所；以及接触层，用于减小所述分布层的接触电阻，以降低所述液流电池的内阻。
[0007]优选地，所述分布层为具有流道结构的石墨材料、复合石墨材料及金属材料中的至少一者。
[0008]优选地，所述分布层由机械加工、注塑、挤出或3D打印形成。
[0009]优选地，所述分布层的孔隙率大于40％，且厚度小于4mm。
[0010]优选地，所述分布层的孔隙率大于50％，且厚度的范围为1.5至3mm。
[0011]优选地，所述反应层为多孔碳纤维材料、粉末碳材料及多孔金属材料中的至少一者。
[0012]优选地，所述反应层的孔隙率大于60％，且厚度小于3mm。
[0013]优选地，所述反应层、所述分布层及所述接触层的总厚度在自由状态下小于5mm，且压缩比的范围为5％至30％。
[0014]优选地，所述接触层为石墨毡、石墨纸、柔性石墨材料、柔性复合石墨材料及金属纤维编织材料中的至少一者。
[0015]优选地，所述接触层的厚度小于1.5mm。
[0016]相应地，本专利技术另一方面提供一种液流电池，该液流电池包括：正极、负极和隔膜，其中，所述正极与所述负极中的至少一者为所述的用于液流电池的复合电极。
[0017]相应地，本专利技术又一方面提供一种电堆，该电堆包括：多个所述的液流电池。
[0018]通过上述技术方案，本专利技术创造性地通过设置分布层、反应层及接触层，有效地分离复合电极的电化学反应场和电解液分布场，其中所述分布层可在很大程度上减少流动分布不均匀带来的死区和沟流，所述接触层可极大地降低该液流电池的内阻；同时可分别针对分布层与反应层进行特殊设计(例如，采用电化学活性较高的材料作为反应层，采用具有强化流体流动分布的特征和导电性能优异的材料作为分布层)，从而提高将该复合电极作为正极和/或负极的电池与电堆的输出功率和能量效率。
[0019]本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0020]图1是本专利技术实施例提供的用于液流电池的复合电极的示意图；
[0021]图2是本专利技术实施例提供的液流电池的示意图；以及
[0022]图3是本专利技术实施例提供的电堆的示意图。
[0023]附图标记说明
[0024]1ꢀꢀꢀ
分布层
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ2ꢀꢀꢀ
反应层
[0025]3ꢀꢀꢀꢀꢀ
接触层
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
10
ꢀꢀꢀꢀ
复合电极
[0026]20
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正极
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
30
ꢀꢀꢀꢀ
负极
[0027]40
ꢀꢀꢀꢀ
电极框
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
50
ꢀꢀꢀꢀ
隔膜
[0028]60
ꢀꢀꢀꢀ
密封件
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
100
ꢀꢀꢀ
液流电池
[0029]110
ꢀꢀꢀ
双极板
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
120
ꢀꢀꢀ
端板
[0030]130
ꢀꢀꢀ
接口
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
200
ꢀꢀꢀ
电堆
具体实施方式
[0031]以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。
[0032]图1是本专利技术实施例提供的用于液流电池的复合电极10的示意图。所述复合电极10可包括：分布层1，用于分布电解液；反应层2，用于接收所述分布层的所述电解液，并为该电解液提供电化学反应的场所；以及接触层3，用于减小所述分布层的接触电阻，以降低所述液流电池的内阻。其中，所述接触层3可为高电导率的柔性材料，例如柔性石墨。
[0033]所述分布层1可为具有流道结构的石墨材料、复合石墨材料及金属材料中的至少一者。一方面，与石墨毡及金属纤维编织材料相比，由于石墨材料、复合石墨材料及金属材料具有刚性特性，其非常容易通过加工获得，故成本较低。具体地，所述分布层1可由机械加
工、注塑、挤出或3D打印形成。另一方面，石墨材料、复合石墨材料及金属材料有利用电解液的快速流动分布，通过特别设计(在下一段进行描述)可在较短时间内实现均匀分布，从而可避免浓度差极化等因素对电化学反应产生的影响。
[0034]为了在易制造且低成本的基础上保证所述分布层1具有较高的电导率和优秀的流体分布特性，对所述分布层1的孔隙率、厚度或纤维直径进行了设计及研究。当所述分布层1的孔隙率大于40％，且厚度小于4mm时，可同时确保分布层1的较高的电导率和优秀的流体分布特性。与之相比，当所述分布层1的孔隙率大于50％，且厚度的范围为1.5至3mm时，所述分布层1的面电阻可降低20％以上，且电解液在该分布层1中流动阻力可降低20％以上。
[0035]所述反应层2可为多孔碳纤维材料、粉末碳材料及多孔金属材料中的至本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于液流电池的复合电极，其特征在于，所述复合电极包括：分布层，用于分布电解液；反应层，用于接收所述分布层的所述电解液，并为该电解液提供电化学反应的场所；以及接触层，用于减小所述分布层的接触电阻，以降低所述液流电池的内阻。2.根据权利要求1所述的用于液流电池的复合电极，其特征在于，所述分布层为具有流道结构的石墨材料、复合石墨材料及金属材料中的至少一者。3.根据权利要求1所述的用于液流电池的复合电极，其特征在于，所述分布层由机械加工、注塑、挤出或3D打印形成。4.根据权利要求1所述的用于液流电池的复合电极，其特征在于，所述分布层的孔隙率大于40％，且厚度小于4mm。5.根据权利要求1所述的用于液流电池的复合电极，其特征在于，所述分布层的孔隙率大于50％，且厚度的范围为1.5至3mm。6.根据权利要求1所述的用于液流电池的复合电极，其特征在于，所述反应层为石墨毡、碳毡材料、多孔碳纤维材料、粉末碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：范永生，刘庆华，马浩初，缪平，
申请(专利权)人：北京低碳清洁能源研究院，
类型：发明
国别省市：