[發明專利]釩電池復合電極及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 201810192897.0
• 申請日: 2018-03-08
• 公開（公告）號: CN108565473A
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: 黃權波;盧粵湘
• 申請（專利權）人: 廣州市泓能五金有限公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/96;H01M8/18
• 代理公司: 深圳市合道英聯專利事務所(普通合伙) 44309
• 代理人: 廉紅果

本發明公開了一種釩電池復合電極及其制備方法與應用，該釩電池復合電極是由復合的石墨氈、碳布和塑料片組成，碳布放在兩片塑料片中間，然后塑料片和碳布嵌在兩片石墨氈之間，將石墨氈的長軸和寬軸通過機械加工，制成均小于塑料片和碳布的釩電池復合電極。本發明的釩電池復合電極是以碳布為導電基體，而且，碳布可增強中間塑料導電板的機械強度和韌性，使塑料導電板不會有導電鏈斷裂現象發生，塑料導電板機械性能良好，機加工容易，釩電池復合電極可彎曲成圓形，恢復后也不會變形。采用本發明方法制備成的釩電池復合電極能提高全釩氧化液流儲能電池的放電中壓、能量效率以及電池的使用壽命，不會造成石墨氈、碳布的結構損壞，塑料片也不會產生氣泡和被石墨氈纖維化以及被氧化。

技術領域

本發明屬于氧化還原液流儲能電池技術領域，具體涉及一種氧化還原液流儲能電池用的釩電池復合電極及其制備方法與應用。

背景技術

隨著傳統能源的日漸枯竭以及相應的環境問題，風能、太陽能等可再生能源的利用引起人們廣泛的關注并得到快速發展，同時為保證可再生能源的穩定供電，克服其固有問題，越來越多的蓄電儲能技術得到開發及使用，其中液流電池作為大規模儲能技術的一種解決方案。

氧化還原液流儲能電池和其他化學儲能電池相比較具有很多優點，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立，深度放電不會損壞電池。氧化還原液流儲能電池是一種新型的化學還原儲能電池，以電解液中的不同介態金屬離子作為電池正極和負極活性物質，正極和負極的電解液分開儲存，通過電泵將正極電解液和負極電解液泵入電池石墨氈內完成氧化還原反應后，流回到儲存容器內。從氧化還原液流儲能電池的工作原理來看，氧化還原液流儲能電池具備大規模高效蓄電的優勢。

根據氧化還原液流儲能電池的工作原理來看，雙極板和石墨氈是氧化還原液流儲能電池極為重要的關鍵材料，雙極板的作用是要隔絕正負極電解液同時傳導電流，石墨氈或碳氈是在全釩氧化還原液流儲能電池中具有較好的電化學活性和可逆性，釩電池的使用壽命與其雙極板和石墨氈有一定的關系，釩電池由多個組件組成，其各個組件的更換則對應其相應部分的使用壽命。由于電解液為強酸及強氧化性溶液，因此，雙極板和石墨氈要有極好的導電性和耐腐蝕性，雙極板應該既有石墨板的導電性，也有塑料的柔軟可彎曲性；而且非常耐腐蝕，在充放電過程中不會和電解液產生任何的電化學腐蝕，不會產生任何串液、漏液的問題。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、導電塑料雙極板和一體化復合電極雙極板。

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，就會形成接觸隙縫而產生電阻，電池經過一段時間的充放電循環之后，石墨板正極出現被腐蝕現象，在石墨板表面涂抹上聚苯胺，可以防止石墨板出現被腐蝕，但因為聚苯胺與石墨板不能溶合為一個整體，經過一段時間的充放電循環之后，聚苯胺涂層會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越大，石墨板會出現機械瓦解而造成電池失效；另外，石墨板加工極其復雜很難做大的尺寸，而且加工效率很低價格又極其昂貴。

導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，導電塑料雙極板的主要導電填料為導電乙炔碳黑、導電碳纖維和石墨，導電乙炔碳黑、導電碳纖維和石墨加入到熱塑性聚合物中之后，導電乙炔碳黑、導電碳纖維和石墨之間的每一個導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電的物質，因此，電池經過一段時間的充放電循環之后，導電乙炔碳黑、導電碳纖維和石墨之間會出現斷裂現象，石墨雙極板和石墨氈之間電阻越來越大，導電塑料雙極板會出現鼓泡、被電腐蝕現象，而造成電池失效。

中國專利申請CN200810303483.7公開了的全釩氧化還原液流電池用復合電極及其制備方法，主要為三種導電填料(導電乙炔碳黑、導電碳纖維和石墨)加入到熱塑性聚合物中制備得到熱塑性導電板，熱塑性導電板再與石墨氈熱壓復合而成，石墨氈中的部分導電碳纖維嵌入導電板表面，形成互穿的導電網絡，從而提高了產品整體的導電性能。上述該全釩氧化還原液流電池用復合電極主要缺陷在于：