电极制备方法、电极和液流电池技术

本发明专利技术提供了一种电极制备方法、电极和液流电池，其中，电极制备方法包括：将多孔纤维毡放入高温炉腔体中，高温炉具有多个温区，每个温区能够独立控温；排出高温炉中的氧气；将多孔纤维毡在各个温区从相同的初始温度以不同的升温速率升温，直至多孔纤维毡温度达到第一碳化温度，并在第一碳化温度下保温；将多孔纤维毡在各个温区从第一碳化温度以不同的升温速率升温，直至多孔纤维毡温度达到第二碳化温度，并在第二碳化温度下保温；将多孔纤维毡从第二碳化温度降至室温。本发明专利技术能够生成符合液流电池需求的具有不同孔隙率区域的电极，最终增加液流电池中电极活性反应区面积、减少浓差极化现象，以提升电池系统整体性能。以提升电池系统整体性能。以提升电池系统整体性能。

【技术实现步骤摘要】
电极制备方法、电极和液流电池


[0001]本专利技术主要涉及液流电池
，尤其涉及一种电极制备方法、电极和液流电池。

技术介绍

[0002]液流电池(电化学液流电池)也称为氧化还原液流电池，是一种新型的大型电化学储能装置。正负极全使用钒盐溶液的称为全钒液流电池(Vanadium redox flow battery，VFB)，VFB是目前一种极具商业前景的电化学储能装置。
[0003]在液流电池中，为使电解液在电极中分布均匀，电极材料一般选用具有多孔结构的碳基材料。电极本身的孔隙率直接影响着电化学反应面积、电解液分布均匀性等，进而影响电池性能。以全钒液流电池为例，其电极作为关键组成部分之一，是不同价态钒离子发生氧化还原反应的场所，氧化还原反应速率的快慢及反应量的多少与电池功率密度息息相关。在电池运行过程中，当电解液流经孔隙率单一的电极时，电极各处可参与反应的钒离子浓度存在差异(浓度分布：前端>中间>尾端)，使电极部分区域产生浓差极化，导致电池能量效率下降。
[0004]增加整块电极的孔隙率，虽然可降低电解液在电极内的流动阻力，使电解液分布均匀，有效降低电池浓差极化提升电池系统的能量效率，但是又会降低电极的电化学反应面积和机械强度，使电堆的功率密度及使用寿命降低。降低整块电极的孔隙率，虽然可增加反应面积，但是又会加重浓差极化。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是提供一种电极制备方法、电极和液流电池，以解决液流电池中电极活性反应区面积不足和浓差极化的问题。
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种电极制备方法，包括：将多孔纤维毡放入高温炉腔体中，所述高温炉具有多个温区，每个所述温区能够独立控温；排出所述高温炉中的氧气；将所述多孔纤维毡在各个温区从相同的初始温度以不同的升温速率升温，直至所述多孔纤维毡温度达到第一碳化温度，并在所述第一碳化温度下保温；将所述多孔纤维毡在各个温区从所述第一碳化温度以不同的升温速率升温，直至所述多孔纤维毡温度达到第二碳化温度，并在所述第二碳化温度下保温；将所述多孔纤维毡从所述第二碳化温度降至室温。
[0007]可选地，所述多孔纤维毡包括预氧纤维毡。
[0008]可选地，所述预氧纤维毡包括聚丙烯腈基预氧纤维毡和粘胶基纤维毡。
[0009]可选地，排出所述高温炉中的氧气包括：将所述高温炉抽真空并使用惰性气体回充。
[0010]可选地，在将所述多孔纤维毡在各个温区从相同的初始温度以不同的升温速率升温步骤中，各个温区升温速率均在1
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15℃/分钟，且相邻两温区的升温速率差值不超过5℃/分钟。
[0011]可选地，所述第一碳化温度为260
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750℃，所述第一碳化温度的保温时间为15
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300分钟。
[0012]可选地，所述第一碳化温度为600
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700℃，所述第一碳化温度的保温时间为30
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200分钟。
[0013]可选地，在将所述多孔纤维毡在各个温区从所述第一碳化温度以不同的升温速率升温步骤中，各个温区升温速率均在2
‑
20℃/分钟，且相邻两温区的升温速率差值不超过5℃/分钟。
[0014]可选地，所述第二碳化温度为1000
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1700℃，所述第二碳化温度的保温时间为60
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300分钟。
[0015]可选地，所述第二碳化温度为1400
‑
1650℃，所述第二碳化温度的保温时间为120
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180分钟。
[0016]第二方面，本专利技术提供了一种电极，所述电极包括：左电极区、中间电极区和右电极区，其中所述左电极区的孔隙率为86.7％～92.7％，所述中间电极区的孔隙率为87.5％～93％，所述右电极区的孔隙率为93％～97％。
[0017]第三方面，本专利技术提供了一种液流电池，所述液流电池包括如第二方面所述的电极。
[0018]可选地，在所述液流电池中，所述电极的孔隙率最大的区域放置在电解液的进液口或出液口。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：将多孔纤维毡的不同区域分别进行控温烧制，使多孔纤维毡不同区域的孔隙率可根据实际需求进行调节，进而可以生成符合液流电池需求的具有不同孔隙率区域的电极，最终增加液流电池中电极活性反应区面积、减少浓差极化现象，以提升电池系统整体性能。
附图说明
[0020]包括附图是为提供对本申请进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本申请的实施例，并与本说明书一起起到解释本申请原理的作用。附图中：
[0021]图1是本专利技术中一个实施例电极制备方法的流程示意图；
[0022]图2是本专利技术中一种具有多个温区的高温炉的结构示意图；
[0023]图3是本专利技术中一个烧制条件下生成的电极A的孔隙率大小示意图；
[0024]图4是本专利技术中一个烧制条件下生成的电极A的各区域扫描电镜图；
[0025]图5是本专利技术中另一个烧制条件下生成的电极B的孔隙率大小示意图；
[0026]图6是本专利技术中另一个烧制条件下生成的电极C的孔隙率大小示意图；
[0027]图7是本专利技术中一个实施例具有不同孔隙率的电极的结构示意图。
[0028]图中：201
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第一温区；202
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第二温区；203
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第三温区；204
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多孔纤维毡；205
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隔热模块；206
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高温炉腔体；701
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左电极区；702
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中间电极区；703
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右电极区。
具体实施方式
[0029]为了更清楚地说明本申请的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施
例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。
[0030]如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
[0031]除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电极制备方法，其特征在于，包括：将多孔纤维毡放入高温炉腔体中，所述高温炉具有多个温区，每个所述温区能够独立控温；排出所述高温炉中的氧气；将所述多孔纤维毡在各个温区从相同的初始温度以不同的升温速率升温，直至所述多孔纤维毡温度达到第一碳化温度，并在所述第一碳化温度下保温；将所述多孔纤维毡在各个温区从所述第一碳化温度以不同的升温速率升温，直至所述多孔纤维毡温度达到第二碳化温度，并在所述第二碳化温度下保温；将所述多孔纤维毡从所述第二碳化温度降至室温。2.如权利要求1所述的电极制备方法，其特征在于，所述多孔纤维毡包括预氧纤维毡。3.如权利要求2所述的电极制备方法，其特征在于，所述预氧纤维毡包括聚丙烯腈基预氧纤维毡和粘胶基纤维毡。4.如权利要求1所述的电极制备方法，其特征在于，排出所述高温炉中的氧气包括：将所述高温炉抽真空并使用惰性气体回充。5.如权利要求1所述的电极制备方法，其特征在于，在将所述多孔纤维毡在各个温区从相同的初始温度以不同的升温速率升温步骤中，各个温区升温速率均在1
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15℃/分钟，且相邻两温区的升温速率差值不超过5℃/分钟。6.如权利要求1所述的电极制备方法，其特征在于，所述第一碳化温度为260
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750℃，所述第一碳化温度的保温时间为15
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300分钟。7.如权利要求6所述的电极制备方法，其特征在于，所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文斌，方滔，姜宏东，林柏生，
申请(专利权)人：寰泰储能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：