[發明專利]一種液流電池集流體和液流電池

有效

• 申請號: 200910136163.1
• 申請日: 2009-04-30
• 公開（公告）號: CN101877408A
• 公開（公告）日: 2010-11-03
• 發明（設計）人: 張一帆;李世彩;葛菲
• 申請（專利權）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: H01M4/66
• 分類號: H01M4/66;H01M8/18;H01M10/36;H01M8/02;H01M4/96
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 陳小蓮;董占敏

技術領域

本發明涉及一種液流電池集流體和包括該集流體的液流電池。

背景技術

液流電池是一種環境友好的新型儲能系統，它是利用具有不同價態元素的氧化-還原反應進行能量儲存與轉化的電化學系統。與其它儲能系統相比，液流電池具有能夠大電流充放電、總體能量效率高、可大規模應用等優勢。例如，以V⁵⁺/V⁴⁺和V³⁺/V²⁺電對分別作為電池的正極和負極活性物質的氧化還原液流電池，稱為全釩氧化還原液流電池，簡稱釩液流電池。釩液流電池的電極活性物質為含釩的硫酸溶液，正極電解液為含有V⁴⁺/V⁵⁺氧化還原電對的硫酸溶液，負極電解液為含有V²⁺/V³⁺氧化還原電對的硫酸溶液。圖1為Electrochimica?Acta，47(2001)，825-831中公開的釩液流電池結構的示意圖，由集流體1、電極氈2、“+”區域所表示的正極電解液、“-”區域所表示的負極電解液和隔膜3構成單體電池，其中，集流體1和附著在其表面的電極氈2構成電極，集流體的一個表面附著有電極氈則為單面電極(又稱為單極板)，集流體的兩個表面附著有電極氈則為雙面電極(又稱為雙極板)。

為減小電堆體積，提高電堆一體化，在液流電池中一般除了在靠近電池兩側端板的電極處使用單極板外，其它的電極均使用雙極板。由于通常在強酸和強氧化性的環境中工作，因此集流體的材料必須具有優異的耐腐蝕性能。此外，為了盡可能地降低內阻，在電池裝配過程中，需要施加一定的壓力使集流體和電極氈緊密接觸，因此，集流體作為氧化還原液流電池的關鍵材料之一，應該滿足電阻率低、化學性能穩定、不滲透液體以及具有一定的機械強度等要求。

在現有技術中，集流體通常采用高密度石墨板或導電塑料，以起到阻液和導電的作用。由于石墨板材料本身易脆斷，大塊的石墨板在電池裝配過程中容易因受力不均勻而破裂；并且高密度的石墨板很昂貴，因此，這在一定程度上限制了石墨板作為集流體的應用。導電塑料一般是將有機高分子(如聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等)與無機導電材料(如：碳纖維、乙炔黑和石墨粉等)混合，經過熱輥壓制成導電塑料板，再經過化學處理(如：用5摩/升硫酸浸泡1小時)后得到氧化還原電池的集流體。以無機導電材料為50重量％為例，體積電阻率一般為0.1Ω·cm，在導電塑料表面上導電部分和不導電部分的比例理論上為1∶1，由于電極氈表面為纖維狀，當與導電塑料板接觸時，有效的導電通路僅為導電塑料表面的導電填料點與氈纖維接觸部分，因而存在較大的接觸電阻。此外，在使用過程中由于電流集中通過導電塑料板的導電部分使其局部溫度升高，導致接觸點在大電流作用下發生極化，使碳等導電填充材料被氧化，出現點狀腐蝕現象，與被腐蝕點接觸的電極氈則脫離，從而導致電池內阻顯著加大。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的液流電池的集流體易破裂、成本較高或者接觸電阻大、電極氈易脫離的缺陷，提供一種不易破裂、成本較低而且接觸電阻小、電極氈不易脫離的集流體以及包括該集流體的液流電池。

本發明提供了一種液流電池集流體，該集流體包括導電塑料板以及附著在該導電塑料板表面上的石墨板，所述石墨板的面積為所述導電塑料板的面積的20-90％，且所述石墨板的邊緣均位于所述導電塑料板的表面之內。

本發明還提供了一種液流電池，該電池包括兩個端板、多個電極板、正極電解液、負極電解液和多個隔膜，所述多個電極板、正極電解液、負極電解液和多個隔膜設置在所述兩個端板之間，所述隔膜位于相鄰的兩個電極板之間，隔膜的兩側分別與正極電解液和負極電解液接觸，所述電極板包括集流體、液流框和電極氈，所述電極氈容納在所述液流框的內框中，其中，所述集流體為本發明提供的集流體，所述集流體的石墨板與電極氈直接接觸。

由于導電塑料的韌性好、彈性高并且具有良好的耐腐蝕性能，避免了僅使用石墨板在加工過程中出現的因應力集中而破裂的情況。而且導電塑料板的價格遠遠低于石墨板，和僅使用石墨板相比，大大降低了整個集流體的成本。由于石墨板將導電塑料板表面的導電部分連為一體，增大了電流的有效通路，因此本發明的液流電池集流體在使用過程中避免了電極氈脫離以及接觸電阻大的問題。

附圖說明

圖1為Electrochimica?Acta，47(2001)，825-831中公開的釩液流電池結構的示意圖；

圖2為根據本發明的一種優選的實施方式的液流電池集流體的俯視圖；