[發(fā)明專利]一種鐵-鉻液流電池堆

在審

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• 申請日: 2018-03-15
• 公開（公告）號: CN108470930A
• 公開（公告）日: 2018-08-31
• 發(fā)明（設計）人: 杜克蘭
• 申請（專利權）人: 杜克蘭
• 主分類號: H01M8/2465
• 分類號: H01M8/2465;H01M8/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種鐵?鉻液流電池堆，包括三合一組件、電流收集端板、雙極板、電流收集銅板、固定端板，雙極板夾于三合一組件之間，左右兩端的三合一組件貼有電流收集端板，固定端板位于鐵?鉻液流電池堆兩端，電流收集銅板位于電流收集端板與固定端板之間；在固定端板上安裝有負極電解質溶液出口管、負極電解質溶液進口管、正極電解質溶液出口管、正極電解質溶液進口管；三合一組件包括隔膜、正電極、負電極、框架，隔膜、正電極、負電極通過框架復合成三合一組件。本發(fā)明鐵?鉻液流電池堆，采用三合一組件，可以顯著提高電極的效率，降低電池內阻，減少了鐵?鉻液流電池堆組裝時的組件操作次數和膜、電極組裝錯位的失誤率，從而提高了電池堆的性能可靠性。

技術領域

本發(fā)明涉及新能源領域，特別涉及一種鐵-鉻液流電池堆。

背景技術

早在20世紀70-80年代美國國家航空航天局(NASA)的路易斯研究中心(LewisResearch Center)就對鐵-鉻(Fe/Cr)電池系統(tǒng)投入了大量的研究，克服了正負電極的電解質溶液透過電解質膜的混合難題和催化電極關鍵部件的制備，研制出了1kW的電池儲能系統(tǒng)，充放電循環(huán)100次以后電池的效率仍在80％以上。之后將技術產權轉入商業(yè)公司準備產品的開發(fā)，但是由于石油危機的減緩，該公司沒有選擇將這一技術進行進一步的發(fā)展。20世紀80年代的后期日本住友株式會社下關西電力公司報道了10kW級的電池系統(tǒng)具有了300次循環(huán)80％轉換效率的性能。可能出于類似的原因，日本也沒有在后來繼續(xù)這方面的工作。隨著新能源發(fā)電技術發(fā)展需求，最近該系統(tǒng)又重新在美國和西班牙、中國得到了重視。開始了Fe/Cr液流電池體系的研發(fā)與技術產品的商業(yè)示范和應用。

顯然，在鐵-鉻液流電池系統(tǒng)產品中，最重要的設備是電池堆，其作用就是將電能轉化為化學能儲存在電解質溶液中，然后需要時再將電解質溶液中的化學能轉換為電能釋放到電網或者外部負荷。而電池堆內部的最重要組件是正負極腔中的碳電極材料，其材料與結構嚴重影響電池堆的性能，即在一定過電位和電壓效率下的電流密度大小，亦即電池堆的功率密度大小。

在以往的液流電池技術中，單電池或電池堆內部的電極大多采用碳氈或石墨氈材料。而碳氈或石墨氈材料厚度一般為2-8mm之間，這樣的正負極電極之間的距離較遠，于是電解質溶液中質子的通過路徑長，再加上質子交換膜的阻力，總的單電池或電池堆的內部電阻較大，導致內阻極化較大。因此，會降低電壓效率。而且其密度只有0.08-1.2g/cm3，相對較低。而且石墨化后石墨氈的纖維呈現交織狀結構，比較松軟，因此電極與雙極板的接觸電阻大，比表面積小，電化學反應的過電位相對較高。所以又增加了電池的極化。

為了解決上述問題，在CN103999264B專利中公開了一種具有碳紙的液流電池，該碳紙液流電池相對于碳氈電極類液流電池的性能得到顯著提高。但是該碳紙液流電池采用碳纖維材料制成的碳紙作為電極材料，副反應程度較大，液流電池的性能和容量大小不是特別好。

發(fā)明內容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種鐵-鉻液流電池堆，包括三合一組件、電流收集端板、雙極板、電流收集銅板、固定端板，雙極板夾于三合一組件之間，左右兩端的三合一組件貼有電流收集端板，固定端板位于鐵-鉻液流電池堆兩端，電流收集銅板位于電流收集端板與固定端板之間；在固定端板上安裝有負極電解質溶液出口管、負極電解質溶液進口管、正極電解質溶液出口管、正極電解質溶液進口管；三合一組件包括隔膜、正電極、負電極、框架，隔膜、正電極、負電極通過框架復合成三合一組件。

進一步地，三合一組件中間保障正電極和負電極的有效面積，三合一組件保持一定的壓縮量，壓縮量為5～20％。

進一步地，正電極和負電極材料至少有一個主要由石墨纖維制成的碳紙材料。

進一步地，正電極和負電極厚度范圍0.2～2mm，有效面積在200cm²以上，石墨纖維直徑范圍2-20μm，體積密度范圍0.1～0.3g/cm3，其孔結構特征為孔徑范圍0.05～10μm、比表面積10-300m²/g。