[發(fā)明專利]全釩液流儲能電池用雙電極板及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910048804.8
• 申請日: 2009-04-03
• 公開（公告）號: CN101853942A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發(fā)明（設計）人: 夏嘉琪
• 申請（專利權）人: 夏嘉琪;張燕平
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M8/02;H01M4/88;B32B9/04;B32B27/20;B32B7/02;B32B37/10
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技術領域

本發(fā)明專利涉及一種雙電極板，它屬于電池制造技術領域，它可應用于全釩液流儲能電池之中。

背景材料

全釩液流儲能電池是最近發(fā)展起來的新穎儲能電池，它是通過不同價態(tài)的釩離子相互轉化，實現(xiàn)電能的儲存和釋放，從原理上避免了正負半電池間不同種類活性物質相互滲透產生的交叉污染，由于它具有能量轉換效率高，儲能容量大，工作壽命長，可以超深度放電而不會對電池產生不可逆的損壞，系統(tǒng)設計靈活，電池的功率和容量可以任意組合，電池制造及廢棄物處理都不對環(huán)境產生任何的污染，是一種綠色環(huán)保型的電池，深受電池行業(yè)的青睞。可被廣泛用于太陽能光伏電池、風能發(fā)電裝置、應急電源系統(tǒng)和電站調峰的配套儲能設備之中，未來電動汽車的電能提供也是全釩液流儲能電池應用的重要領域。

電極板是全釩液流儲能電池重要的部件，它處于十分惡劣的環(huán)境下工作，并對它提出很高的要求，要求雙電極板化學穩(wěn)定性好，電化學活性優(yōu)良，機械強度高，不透水性好，制造成本低及工作壽命長。目前處在研發(fā)或中試階段的全釩液流儲能電池，大都采用由石墨板構成的雙電極板，也有采用以高分子材料為基材的復合雙電極板。

石墨板電極的化學穩(wěn)定性好，導電率高，具有一定的機械強度，經處理后的石墨板不透水性能提高，在一定程度上能滿足全釩液流儲能電池的使用要求。但當電極板長期處在高電流密度下充放電工作時，石墨電極板表面會出現(xiàn)刻蝕現(xiàn)象。此處，隨著全釩液流儲能電池的功率提高，電極板面積增大，受石墨電極板制造工藝的限制，大尺寸電極板的制造難度隨之增加，相應的成本急劇上升。由于存在著上述的缺點，影響著石墨電極板的推廣和應用，從而使許多單位轉向對以高分子材料為基材的復合電極板的研究和試驗。

以高分子材料為基材的復合電極板，就是在高分子材料中摻混一定量的耐酸性能好的導電材料(如石墨、炭黑、導電炭黑、導電粉、碳纖維、導電纖維等)使高分子材料改性，增加導電率，構成能適用于全釩液流儲能電池使用的電極板材料。這類電極板制造工藝簡單，成本低廉，能獲得任意尺寸的電極板，在電池充放電過程電極板表面刻蝕現(xiàn)象得到改善。由于高分子材料屬于絕緣體范疇，隨著導電材料摻混量的增加，導電率提高，但有一定的限度，過多摻混，使高分子材料和摻混物之間的結合強度下降，摻混物就會脫落。因此說，這類復合電極板在導電性能方面是不及石墨電極板，導致使用復合電極的全釩液流儲能電池的能量轉換效率下降。

由電極板導電機理可知，由于電極板存在電阻，電池在充放電過程中，在電極板兩側產生電壓降形成能量損耗，是影響全釩液流儲能電池能量轉換效率下降原因之一。

電極板兩側的電壓降，粗略地可由下式計算

V=IR=is·ρ|δS|=iρ·δ]]>

式中V為電極板兩側電壓降；

I為流過電極板的電流；

R為電極板的電阻；

ρ為電極板材料電阻率；

δ為電極板的厚度；

i為流過電極板電流的電流密度；

S為電極板的面積。

從上式可知，要降低電極板兩側電壓降，減少i，ρ和δ三個參數(shù)均能奏效。充放電的電流密度i是一個運行參數(shù)，是隨著電池充放電電流的大小在不斷變化。目前主要考慮電極材料的電阻率ρ的下降和電極板厚度δ的減少。降低電極板的厚度，它受電極板的機械強度的限制，尤其對于大功率全釩液流儲能電池。降低電極板材料的電阻率，作為高分子材料為基材的復合電極，不能單靠提高摻混導電材料的量來降低，因此要降低高分子材料為基材的復合電極板電壓降已成為目前雙電極板研究的關鍵技術之一。應從電極板結構，電極板材料和電極板制作工藝等方面綜合考慮才能奏效。

發(fā)明內容

本發(fā)明專利提供一種全釩液流儲能電池的雙電極板，它能綜合改善目前雙電極板的性能，具有如下的特點：

1.化學穩(wěn)定性高，能在全釩液流儲能電池強酸性的電解液中勝任工作；

2.導電性能好，有助于全釩液流儲電電池能量轉換效率的提高；

3.在長期高電流密度下充放電工作，其表面不產生刻蝕和脫落現(xiàn)象，工作壽命長；