本发明专利技术公开了一种全钒液流电池用一体化的电极框和双极板结构和制备方法和应用，具体的为：将电极框、双极板采用焊接的方法密封起来，形成一体化电池框结构。所述电极框为透明材质电极框；双极板为非透明材质导电复合板。本发明专利技术所公开的技术能够将全钒液流电池的电极框、双极板等关键部件组成一个整体，该方法制备出的一体化电池结构原件会带来诸多优势：既能保证一体化电池结构的诸多优点：可作为独立的集成化单元组装电堆，大幅提高电堆的组装效率，同时可以大幅提高了电堆的密封可靠性，大幅降低密封成本，减薄了电池的厚度，大幅缩小电池的体积，进而提高全钒液流电池的体积能量密度；同时能够改进早期一体化电池结构组装的电堆无法测量单节电池电压的弊端。的电堆无法测量单节电池电压的弊端。的电堆无法测量单节电池电压的弊端。
【技术实现步骤摘要】
一种全钒液流电池用一体化的电极框和双极板结构
[0001]本专利技术涉及全钒液流电池
，特别涉及一种全钒液流电池用一体化电池结构和制备方法。
技术介绍
[0002]风能、太阳能等可再生能源固有的随机性、间歇性、波动性、直接并网难等特性，一定程度上限制了可再生能源的发展、利用。因此，与其配套使用的储能技术的发展成为关键。
[0003]储能技术包括物理储能和化学储能两大类。物理储能包括抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能等。化学储能主要包括铅酸电池、钠硫电池、液流电池和锂离子电池等。然而各种储能技术都有其适宜的应用领域，适合大规模储能的化学储能技术主要包括液流电池、钠硫电池、铅酸电池、锂离子电池。
[0004]而在液流电池中因全钒液流电池具有输出功率和储能容量可独立设计、电解质离子只有钒离子一种，故充放电时无其它电池常有的物相变化，电池使用寿命长、充、放电性能好，可深度放电而不损坏电池、自放电低、钒电池选址自由度大，系统可全自动封闭运行，无污染，维护简单，操作成本低、电池系统无潜在的爆炸或着火危险，安全性高、电池部件多为廉价的碳材料、工程塑料，材料来源丰富，易回收，不需要贵金属作电极催化剂、能量效率高，可达75％～80％、启动速度快等优点，让其受到了更多的关注。
[0005]传统的全钒液流电池电堆结构按顺序依次包括集流板、双极板、密封垫、电极框、密封垫、电极、隔膜、电极、密封垫、电极框、密封垫、双极板、集流板。其中隔膜起到了阻隔正负极、防止电池内漏的作用，各部件间的密封垫起到了防止电池外漏的作用，密封垫的大量使用，增加了电堆的体积，降低了电堆的体积比能量，增加了电堆组装工序和电堆外漏的风险、增加了电堆成本。
[0006]在早期一体化结构设计组装的电堆存在一个弊端，电堆组装完成后，无法测量单节电池电压，而该电压值能够直观反映电堆各节电池的均一性，具有重要意义。
技术实现思路
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术在保证提高全钒液流电池密封可靠性，减薄电池的厚度，缩小电池的体积，进而提高全钒液流电池的体积能量密度的基础上，重新设计了一种新的一体化的电极框和双极板结构。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：
[0009]一种全钒液流电池用一体化的电极框和双极板结构，所述电极框为中部带有通孔的平板；
[0010]所述电极框为透明材质的电极框；所述双极板为非透明材质的平板；
[0011]于所述双极板的边缘向远离双极板、且平行于双极板表面的方向延伸有一个作为极耳的突起；于电极框一侧的表面上、中部通孔开口端面的四周边缘处向远离通孔方向刻
蚀有一环形台阶，于环形台阶与电极框四周侧边缘之间的平板板体上开设有平行于平板表面的通孔A；将双极板的四周边缘置于电极框环形台阶上，双极板一侧表面的四周边缘与环形台阶相贴合，极耳穿过通孔A伸出至电极框外侧。
[0012]所述极耳垂直于双极板表面方向的厚度与双极板的厚度相同，且极耳与双极板材质相同；
[0013]所述极耳的厚度与通孔A垂直于电极框表面方向的厚度相同或相当，极耳平行于其所在双极板的边延伸的方向为其宽度，极耳宽度与通孔A的宽度(平行于通孔开口端面的方向)相同或相当。
[0014]通孔A与双极板极耳位置相对应，保证双极板放置在电极框通孔中时，双极板的极耳能够穿过电极框的通孔A，且保证此时露出电极框边缘的极耳长度不少于2mm，优选此长度为5mm
‑
20mm；双极板极耳宽度最小值为2mm，优选值为5mm
‑
50mm。
[0015]所述双极板和电极框密闭连接处的组成材料中至少含有同一种物质；至少含有一种相同的物质包括PP、PE、PS、PC、ABS、PMMA、PET中的任意一种或二种以上。
[0016]所述电极框的平板一侧表面的相对二侧靠近边缘处带有流体分配流道；另一侧为不带流道的平面。
[0017]所述双极板的四周边缘处于电极框环形台阶上，双极板一侧表面的四周边缘与环形台阶相叠合。
[0018]所述透明材质电极框的激光透光率为20％以上，优选40％以上；
[0019]所述透明材质电极框和非透明材质双极板的激光透过率差额15
‑
100％，优选35
‑
100％；
[0020]所述非透明材质为PP、PE、PS、PC、ABS、PMMA、PET中的一种或二种以上与调色剂的组合，调色剂为黑色、黄色、棕色、褐色、深蓝色中的一种或二种以上；
[0021]所述透明材质为PP、PE、PS、PC、ABS、PMMA、PET中的一种或二种以上；
[0022]所述双极板和电极框的组成材料中至少含有同一种物质,它们组成材料中的相同物质的质量含量应分别大于等于其各自质量的10％以上，优选大于等于其各自质量的40％以上；
[0023]所述双极板是由含导电炭黑和/或石墨组成的碳塑复合板。
[0024]本技术通过如下过程制备而成：
[0025]于所述双极板的边缘向远离双极板、且平行于双极板表面的方向延伸有一个作为极耳的突起；于电极框上一侧的表面上、中部通孔开口端面的四周边缘处向远离通孔方向刻蚀有一环形台阶，于环形台阶与电极框四周侧边缘之间平板上开设有平行于平板表面的通孔A；将双极板的四周边缘置于电极框环形台阶上，双极板一侧表面的四周边缘与环形台阶相贴合，极耳穿过通孔A伸出至电极框外侧；
[0026]采用焊接的方法将双极板的四周边缘均密闭固接于电极框的环形台阶上，同时，在电极框通孔A处的横向电极框的正反两面处，再次采用焊接的方法将极耳密闭固接于电极框的通孔A内，使双极板、电极框二者结合为一体。
[0027]焊接方式为激光焊接，电极框与双极板之间的焊接功率优选为10
‑
250W；焊接速度为0.2
‑
50mm/s。
[0028]所述电池框结构在全钒液流电池电堆中的应用，电堆由一节或二节以上单电池串
联而成。电堆功率为0.5
‑
100kW。
[0029]本专利技术的有益效果：
[0030]1、本专利技术通过对电极框和双极板的结构和材料的优化，实现了双极板和电极框的直接焊接密封，形成二合一一体化电池组件，一体化电池结构显著提高了全钒液流电池密封的可靠性；尤其适用于大规模储能技术的高功率液流电池电堆使用的可靠性明显增加。
[0031]2、通过对电极框及双极板结构的再优化，实现使用本专利技术所述的一体化结构所组装的电堆能够实时测量单节电池电压，监控电堆运行的均一性，保证电堆高效运行。
[0032]3、本专利技术减少了密封垫的使用，减薄了电池的厚度提高了电池的体积比能量；
[0033]4、提高了双极板的利用率。
附图说明
[0034]图1及图2为透明材质电极框示意图，1
‑
透明材质电极框；2
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台阶；3
‑
通孔，4
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种全钒液流电池用一体化的电极框和双极板结构，其特征在于，所述电极框为中部带有通孔的平板；所述电极框为透明材质的电极框；所述双极板为非透明材质的平板；于所述双极板的边缘向远离双极板、且平行于双极板表面的方向延伸有一个作为极耳的突起；于电极框一侧的表面上、中部通孔开口端面的四周边缘处向远离通孔方向刻蚀有一环形台阶，于环形台阶与电极框四周侧边缘之间的平板板体上开设有平行于平板表面的通孔A；将双极板的四周边缘置于电极框环形台阶上，双极板一侧表面的四周边缘与环形台阶相贴合，极耳穿过通孔A伸出至电极框外侧。2.根据权利要求1所述的电池框结构，其特征在于：所述极耳垂直于双极板表面方向的厚度与双极板的厚度相同，且极耳与双极板材质相同；所述极耳的厚度与通孔A垂直于电极框表面方向的厚度相同或相当，极耳平行于其所在双极板的边延伸的方向为其宽度，极耳宽度与通孔A的宽度(平行于通孔开口端面的方向)相同或相当。3.根据权利要求1所述的电池框结构，其特征在于：通孔A与双极板极耳位置相对应，保证双极板放置在电极框通孔中时，双极板的极耳能够穿过电极框的通孔A，且保证此时露出电极框边缘的极耳长度不少于2mm，优选此长度为5mm
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20mm；双极板极耳宽度最小值为2mm，优选值为5mm
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50mm。所述双极板和电极框密闭连接处的组成材料中至少含有同一种物质；至少含有一种相同的物质包括PP、PE、PS、PC、ABS、PMMA、PET中的任意一种或二种以上。4.根据权利要求1所述的电池框结构，其特征在于，所述电极框的平板一侧表面的相对二侧靠近边缘处带有流体分配流道；另一侧为不带流道的平面。5.根据权利要求1所述的电池框结构，其特征在于，所述双极板的四周边缘处于电极框环形台阶上，双极板一侧表面的四周边缘与环形台阶相叠合。6.按照权利要求1所述的电极框结构，其特征在于：所述透明材质电极框的激光透光率为20％以上，优选40％以上；所述透明材质...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙佳伟，李先锋，史丁秦，刘涛，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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