[發(fā)明專利]一體化復(fù)合電極雙極板及其制備方法與應(yīng)用

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110459942.2
• 申請(qǐng)日: 2011-12-30
• 公開（公告）號(hào): CN102569824A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃權(quán)波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 黃權(quán)波
• 主分類號(hào): H01M4/86
• 分類號(hào): H01M4/86;H01M4/96;H01M8/02;H01M4/88;B29C70/46
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 陳燕嫻;裘暉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氧化還原液流儲(chǔ)能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氧化還原液流儲(chǔ)能電池用的一體化復(fù)合電極雙極板及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

電能是現(xiàn)代社會(huì)人類生活、生產(chǎn)必不可缺的二次能源，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民的生活水平不斷提高，人們對(duì)電力需求也日益增加。由于電力需求晝夜、季節(jié)相差很大，但發(fā)電廠的建設(shè)必須與高峰用電相匹配，投資大利用率較低，且對(duì)周邊的環(huán)境和生態(tài)平衡有較大的影響。因些，必須不斷發(fā)展各類電站及輸配電系統(tǒng)以滿足生活和生產(chǎn)對(duì)電力的需求，為充分利用各類發(fā)電系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定供電，開發(fā)大規(guī)模高效蓄電技術(shù)極為重要。大規(guī)模高效液流蓄電系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域首先是與風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)配套使用，使其穩(wěn)定供電；其次是火力發(fā)電及核電的電網(wǎng)調(diào)峰，特別適合直流用電大戶儲(chǔ)存“谷電”；還可用作自然災(zāi)害、戰(zhàn)爭(zhēng)等非常時(shí)期的應(yīng)急電源，重要軍事基地的備用電站。

氧化還原液流儲(chǔ)能電池和其他化學(xué)儲(chǔ)能電池相比較具有很多優(yōu)點(diǎn)，具體有：電池使用壽命高，功率和容量可按需求自由組合而且相互獨(dú)立，深度放電不會(huì)損壞電池。氧化還原液流儲(chǔ)能電池是一種新型的化學(xué)還原儲(chǔ)能電池，以電解液中的不同介態(tài)金屬離子作為電池正極和負(fù)極活性物質(zhì)，正極和負(fù)極的電解液分開儲(chǔ)存，通過(guò)電泵將正極電解液和負(fù)極電解液泵入電池石墨氈內(nèi)完成氧化還原反應(yīng)后，流回到儲(chǔ)存容器內(nèi)。從氧化還原液流儲(chǔ)能電池的工作原理來(lái)看，氧化還原液流儲(chǔ)能電池具備大規(guī)模高效蓄電的優(yōu)勢(shì)。

根據(jù)氧化還原液流儲(chǔ)能電池的工作原理來(lái)看，雙極板和石墨氈是氧化還原液流儲(chǔ)能電池極為重要的關(guān)鍵材料，雙極板的作用是要隔絕正負(fù)極電解液同時(shí)傳導(dǎo)電流，石墨氈或碳?xì)质窃谌C氧化還原液流儲(chǔ)能電池中具有較好的電化學(xué)活性和可逆性。由于電解液為強(qiáng)酸及強(qiáng)氧化性溶液，因此，雙極板和石墨氈要有極好的導(dǎo)電性和耐腐蝕性，雙極板應(yīng)該既有石墨板的導(dǎo)電性，也有塑料的柔軟可彎曲性；而且非常耐腐蝕，在充放電過(guò)程中不會(huì)和電解液產(chǎn)生任何的電化學(xué)腐蝕，不會(huì)產(chǎn)生任何串液、漏液的問(wèn)題。目前全釩氧化還原液流電池用的雙極板主要有：石墨雙極板、導(dǎo)電塑料雙極板和一體化復(fù)合電極雙極板。

石墨雙極板和石墨氈的連接方式是靠壓緊在一起的方式，就算能粘接為一體也很容易分離開，石墨雙極板和石墨氈在電泵同樣的壓力下，就會(huì)形成接觸隙縫而產(chǎn)生電阻，電池經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的充放電循環(huán)之后，石墨板正極出現(xiàn)被腐蝕現(xiàn)象，在石墨板表面涂抹上聚苯胺，可以防止石墨板出現(xiàn)被腐蝕，但因?yàn)榫郾桨放c石墨板不能溶合為一個(gè)整體，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的充放電循環(huán)之后，聚苯胺涂層會(huì)與石墨板表面分離開、剝落，石墨雙極板和石墨氈之間電阻越來(lái)越大，石墨板會(huì)出現(xiàn)機(jī)械瓦解而造成電池失效；另外，石墨板加工極其復(fù)雜很難做大的尺寸，而且加工效率很低價(jià)格又極其昂貴。

導(dǎo)電塑料雙極板和石墨氈的連接方式是靠壓緊在一起的方式，就算能粘接為一體也很容易分離開，導(dǎo)電塑料雙極板的主要導(dǎo)電填料為導(dǎo)電乙炔碳黑、導(dǎo)電碳纖維和石墨，導(dǎo)電乙炔碳黑、導(dǎo)電碳纖維和石墨加入到熱塑性聚合物中之后，導(dǎo)電乙炔碳黑、導(dǎo)電碳纖維和石墨之間的每一個(gè)導(dǎo)電份子是靠熱塑性聚合物粘合在一起，而熱塑性聚合物是不導(dǎo)電的物質(zhì)，因此，電池經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的充放電循環(huán)之后，導(dǎo)電乙炔碳黑、導(dǎo)電碳纖維和石墨之間會(huì)出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，石墨雙極板和石墨氈之間電阻越來(lái)越大，導(dǎo)電塑料雙極板會(huì)出現(xiàn)鼓泡、被電腐蝕現(xiàn)象，而造成電池失效。

中國(guó)專利申請(qǐng)200810304837公開了一種全釩氧化還原液流電池用復(fù)合電極，主要為復(fù)合電極是由三種導(dǎo)電填料(導(dǎo)電乙炔碳黑、導(dǎo)電碳纖維和石墨)加入到熱塑性聚合物中制備得到熱塑性導(dǎo)電板，熱塑性導(dǎo)電板再與石墨氈熱壓復(fù)合而成，石墨氈中的部分導(dǎo)電碳纖維嵌入導(dǎo)電板表面，形成互穿的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，從而提高了產(chǎn)品整體的導(dǎo)電性能。上述該全釩氧化還原液流電池用復(fù)合電極主要缺陷在于：導(dǎo)電乙炔碳黑、導(dǎo)電碳纖維和石墨加入到熱塑性聚合物中之后，導(dǎo)電乙炔碳黑、導(dǎo)電碳纖維和石墨之間的每一個(gè)導(dǎo)電份子是靠熱塑性聚合物粘合在一起，而熱塑性聚合物是不導(dǎo)電的物質(zhì)，另外，因?yàn)闊崴苄詫?dǎo)電板當(dāng)中的熱塑性聚合物含量較少，也就是粘合物較少，熱塑性導(dǎo)電板與石墨氈熱壓復(fù)合而成的復(fù)合電極結(jié)構(gòu)也不牢固不穩(wěn)定，電池經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的充放電循環(huán)之后，導(dǎo)電乙炔碳黑、導(dǎo)電碳纖維和石墨之間會(huì)出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，導(dǎo)電塑料雙極板會(huì)出現(xiàn)被電腐蝕現(xiàn)象，導(dǎo)電塑料雙極板和石墨氈之間電阻越來(lái)越大，導(dǎo)電塑料雙極板會(huì)出現(xiàn)被電腐蝕而造成電池失效。

發(fā)明內(nèi)容

為了避免石墨氈或碳?xì)峙c雙極板之間的接觸電阻，以及克服非金屬類電極在電池使用過(guò)程中出現(xiàn)斷裂而產(chǎn)生電阻增大的缺陷，本發(fā)明的首要目的在于提供一種一體化復(fù)合電極雙極板。