一种用于全钒液流电池的蚀刻有流道的石墨毡电极及蚀刻方法技术

本发明专利技术涉及一种用于全钒液流电池的蚀刻有流道的石墨毡电极及蚀刻方法，它为表面间隔蚀刻有多条纵向流道的石墨毡，每条流道均为树枝状，所述流道包括主流道，所述主流道两侧设置有多个支流道。其蚀刻方法包括以下步骤：a、清洁石墨毡电极；b、将石墨毡电极平放于xy轴可移动加工台上；c、通过伺服器设置蚀刻电压，开始电火花加工后以固定速度平移xy轴可移动加工台，蚀刻流道；d、清洁石墨毡电极表面。本发明专利技术设计的流道结构不仅提高电解液在石墨毡中扩散速度，降低液流电池的浓差极化，而且其蚀刻方法操作简练，加工简单，具有大型生产制备的前景。前景。前景。

【技术实现步骤摘要】
一种用于全钒液流电池的蚀刻有流道的石墨毡电极及蚀刻方法


[0001]本专利技术涉及全钒液流电池领域，具体涉及一种用于全钒液流电池的蚀刻有流道的石墨毡电极及蚀刻方法。

技术介绍

[0002]近年来，可再生能源发电尤其是风能和太阳能受到广泛的开发和利用，然而无论风能还是太阳能，均存在难以并网的问题，解决这一问题的根本途径是大规模储能技术。其中全钒液流电池作为一种新型电化学储能装置，具有安全性高、无充放电次数限制、功率和容量设计自由度高、成本低、寿命长、维护成本低、绿色环保等优点，是目前最具前景的大规模储能电池。
[0003]电极作为全钒液流电池的关键材料，尽管直接参与电化学反应，但由于电化学反应发生在电极表面，因此，电极的三维结构对电池性能起较大影响。目前，全钒液流电池最广泛使用的电极是石墨毡，其具有比表面积大、耐高温、化学性能稳定等特点，可保持稳定的高电流充放电循环。电解液在电池中，沿石墨毡的纵向方向由下方进液口向上方出液口流动，由石墨毡内的微米级细孔的微孔扩散和毛细作用完成横向方向左右扩散。
[0004]由于未经处理的石墨毡微孔径过小，电解液扩散速度不理想，电极反应将使电池内产生较高的浓差极化，严重降低了电池的能量效率。为了提高电解液在石墨毡电极中的扩散速度，现阶段主要有设置导流网、将不同体积密度的石墨毡进行拼接组合、在石墨毡上开直流道等方法。
[0005]中国专利文献(专利申请号：201711221936.7)公开了《一种自流道式液流电池用石墨毡电极材料的制备方法》涉及全钒液流电池领域，该制备方法需将若干体积密度大小不同的石墨毡切成体积相同的方块后，进一步在石墨毡上切割处成蛇形自流道，再将这些石墨毡方块组装起来。该制备方法虽然有效降低液流电池石墨毡电极的浓差极化，但仍具有操作繁琐，加工困难、组装不便等缺陷。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就是要解决上述
技术介绍
的不足，提供一种全钒液流电池用石墨毡电极流道结构，提高电解液在石墨毡中扩散速度，降低液流电池的浓差极化。
[0007]本专利技术的另一目的是提供制备所述全钒液流电池用石墨毡电极流道结构的蚀刻方法，该方法操作简练，加工简单。
[0008]本专利技术的内容如下：一种用于全钒液流电池的蚀刻有流道的石墨毡电极，所述石墨毡电极的表面隔蚀刻有多条纵向的流道，每条流道均为树枝状，所述流道包括主流道，所述主流道两侧设置有多个支流道。
[0009]优选的，每两个所述支流道对称分布在主流道两侧。
[0010]优选的，所述主流道每一侧的支流道均相互平行；且相邻间的所述支流道的间隔e
均为20～100mm。
[0011]优选的，所述支流道与所述主流道的夹角α均为30～45
°
，且支流道长度g均为10～50mm。
[0012]优选的，所述主流道间的间距c均为20
‑
100mm。
[0013]优选的，所述流道的蚀刻深度i为石墨毡电极厚度的1/2～1/5，所述流道的蚀刻宽度j为其深度的1～3倍。
[0014]上述一种用于全钒液流电池的蚀刻有流道的石墨毡电极的蚀刻方法，包括以下步骤：
[0015]a.清洁石墨毡电极，表面处理平整无凹凸；
[0016]b.将石墨毡电极平放于xy轴可移动加工台上，石墨毡电极距离电火花加工的电极线1
‑
3mm；
[0017]c.平移xy轴可移动加工台，蚀刻流道；
[0018]d.清洁石墨毡电极表面，得到用于全钒液流电池的蚀刻有流道的石墨毡电极。
[0019]优选的，所述步骤c中，蚀刻的电压为0.5
‑
3kV。
[0020]优选的，所述步骤b中，电火花加工的电极线材质为铜线或钛线，直径为0.1～1mm。
[0021]本专利技术还提供一种上述蚀刻方法使用的蚀刻机，包括伺服器和xy轴可移动加工台，所述伺服器下方竖直设置有电极线。
[0022]本专利技术的有益效果如下：
[0023]1、通过在石墨毡上蚀刻纳米级的树枝状流道结构，电池电解液在石墨毡电极中能以更快的速度扩散，有效降低液流电池的浓差极化、提高液流电池能量效率。
[0024]2、石墨毡电极的毫米级流道结构不会改变石墨毡电极的电化学性能和主体三维微观结构，对石墨毡电极使用寿命无影响；同时流道蚀刻方法仅需在一块石墨毡上操作，无需后续步骤，具有高精度、设计自由度高、低成本的特点，易于大规模加工，应用范围极为广阔。
[0025]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本专利技术的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
[0026]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0027]图1为本专利技术提供的一种用于全钒液流电池的蚀刻有流道的石墨毡电极示意图；
[0028]图2为图1的A区域放大图；
[0029]图3为本专利技术提供的一种用于全钒液流电池的蚀刻有流道的石墨毡电极局部的正视图；
[0030]图4为本专利技术提供的一种用于全钒液流电池的蚀刻有流道的石墨毡电极局部的仰视图；
[0031]图5为本专利技术提供的一种用于全钒液流电池的蚀刻有流道的石墨毡电极实验实施示意图。
[0032]附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0033]1、石墨毡；2、流道；3、主流道；4、支流道；5、伺服器；6、电极线；7、xy轴可移动加工台。
具体实施方式
[0034]以下结合附图1
‑
5对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。
[0035]实施例1
[0036]如图5所示的蚀刻机，包括伺服器5和xy轴可移动加工台7，所述伺服器5下方竖直设置有电极线6。
[0037]实施例2
[0038]一种用于全钒液流电池的蚀刻有流道的石墨毡电极A，包括长宽高为800*400*6mm的石墨毡1，石墨毡1表面间隔蚀刻有多条纵向的流道2，每条流道2均为树枝状，流道2包括主流道3，主流道3两侧设置有多个支流道4，每两个支流道4对称分布在主流道3两侧。各主流道3间距c为50mm，与石墨毡1最边缘距离d为25mm，主流道3每一侧的支流道4均相互平行；且相邻间的支流道4的间隔e为50mm，与石墨毡1最下端距离f为25mm，各支流道4的长度g为30mm，与主流道3的夹角α为30
°
，流道2深度i为1mm，流道2宽度j为1mm。
[0039]利用实施例1蚀刻机蚀刻上述石墨毡电极A的方法，包括以下步骤：
[0040]a.清洁石墨毡1，表面处理平整无凹凸；
[0041]b.将石墨毡1平放于xy轴可移动加工台7上，石墨毡1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于全钒液流电池的蚀刻有流道的石墨毡电极，包括石墨毡(1)，其特征在于：所述石墨毡(1)的表面间隔蚀刻有多条纵向的流道(2)，每条流道(2)均为树枝状，所述流道包括主流道(3)，所述主流道(3)两侧设置有多个支流道(4)。2.根据权利要求1所述用于全钒液流电池的蚀刻有流道的石墨毡电极，其特征在于：每两个所述支流道(4)对称分布在主流道(3)两侧。3.根据权利要求1或2所述用于全钒液流电池的蚀刻有流道的石墨毡电极，其特征在于：所述主流道(3)每一侧的支流道(4)均相互平行；且相邻间的所述支流道(4)的间隔e均为20～100mm。4.根据权利要求1或2所述用于全钒液流电池的蚀刻有流道的石墨毡电极，其特征在于：所述支流道(4)与所述主流道(3)的夹角α均为30～45
°
，且支流道长度g均为10～50mm。5.根据权利要求1或2所述用于全钒液流电池的蚀刻有流道的石墨毡电极，其特征在于：所述主流道(3)间的间距c均为20
‑
100mm。6.根据权利要求1所述用于全钒液流电池的蚀刻有流道的石墨毡电极，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张杰，张爱芳，朱晔，孟刚，陈柏阳，刘启，姚俊，王伟，刘飞，张鑫，张科杰，杜涛，刘俊，杨洋，耿浩天，
申请(专利权)人：国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，
类型：发明
国别省市：