專利名稱：一體化復(fù)合電極板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電池制造及能量存儲(chǔ)領(lǐng)域，特別涉及一體化復(fù)合電極板。
背景技術(shù)：
電能是現(xiàn)代社會(huì)人類生活和生產(chǎn)不可或缺的二次能源。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人類對(duì)電力的需求在日益增加。因此，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(兆瓦級(jí))高效蓄電技術(shù)十分必要。大規(guī)模高效蓄電技術(shù)主要有揚(yáng)水儲(chǔ)能技術(shù)和液流儲(chǔ)電池技術(shù)。兩者相比，后者具有設(shè)置不受地理?xiàng)l件限制、規(guī)模靈活、建設(shè)周期短、投資少等優(yōu)點(diǎn)。大規(guī)模高效液流儲(chǔ)能系統(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)電及核電站的電網(wǎng)調(diào)峰，以及直流用電大戶儲(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等。 到目前為止，研究較多的液流儲(chǔ)能電池有鐵鉻液流儲(chǔ)能電池、多硫化鈉/溴液流儲(chǔ)能電池和全釩液流儲(chǔ)能電池。與前兩種液流電池相比，全釩液流電池的能量效率較高，一般可達(dá) 75%-80%。因此，全釩液流儲(chǔ)能電池最具有產(chǎn)業(yè)化前景。全釩液流電池以釩離子液流作為電池反應(yīng)的活性物質(zhì)，正極活性物質(zhì)為V+VT5電對(duì)，負(fù)極活性物質(zhì)為V+2/V+3電對(duì)。正負(fù)電極之間用離子交換膜隔開，充放電時(shí)電池內(nèi)部通過(guò)氫質(zhì)子在膜中的定向遷移而導(dǎo)通。電池的正負(fù)極充電如下正極:V+4-e充電/放電V+5 ；負(fù)極:V+3-e充電/放電V+2。澳大利亞新南威爾士大學(xué)的sum和skylass-kazacos等人從1984年開始對(duì)全釩液流儲(chǔ)能電池進(jìn)行了初步的研究，近十幾年來(lái)，雖然電極材料和離子交換膜材料仍然存在一些問(wèn)題，但是全釩液儲(chǔ)能電池還是得到了較大的發(fā)展。電極的主要作用是提供電化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所，因此需要有一定的催化活性。雙極板的作用主要是收集電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電流以及分隔正負(fù)電解液，因此應(yīng)具有良好的導(dǎo)電性和阻液性。同時(shí)液流電池作為一種儲(chǔ)能裝置，還必須考慮其能量轉(zhuǎn)化效率。因此，電極與雙極板之間的接觸電阻必須盡可能的小。此外，在全釩液流儲(chǔ)能電池中，所使用的電解液為釩離子的硫酸溶液，具有很強(qiáng)的腐蝕性；同時(shí)，V5+具有較強(qiáng)的氧化性，因此作為全釩液儲(chǔ)能電池的電極和雙極板還必須具有足夠的耐腐蝕性。目前用于全釩液流儲(chǔ)能電池的電極種類主要包括金屬電極和碳素電極；雙極板主要有石墨雙極板，碳塑雙極板和金屬雙極板。此外， 由于一體化電極板的結(jié)構(gòu)緊湊，可以降低石墨氈與雙極板之間的接觸電阻，因此也成為目前的熱點(diǎn)。1、電極材料(1)金屬類電極材料，用作全礬液流儲(chǔ)能電池的金屬電極材料包括金、鉛、鈦、鈦基鉬和鈦基氧化銥等。V+VT5電對(duì)在金電板上表現(xiàn)出較強(qiáng)的電化學(xué)不可逆性且金的價(jià)格昂貴。鉛電極和鈦電極的表面則容易生成鈍化膜，導(dǎo)致電極的表面電阻增大，不利于反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行。鈦基鉬電極避免了鈦電極表面生成鈍化膜的問(wèn)題，并V+Vv+5電對(duì)和v+2/v+3電對(duì)在鈦基鉬電極表面表現(xiàn)出了良好的電化學(xué)可逆性，但由于鈦基鉬電極成本較高，不適合大規(guī)模應(yīng)用。此外，雖然v+4/v+5電對(duì)和v+2/v+3電對(duì)在鈦基氧化銥電極表面上也具有較高的電化學(xué)可逆性，且顯示出了良好的電化學(xué)活性和化學(xué)穩(wěn)定性，但由于鈦基氧化銥的價(jià)格十分昂貴，因此不適合作液電池的電極材料。總之，雖然V+Vv+5電對(duì)和V+2/V+3電對(duì)在貴金屬電極表面電化學(xué)反應(yīng)的可逆性較好，然而貴金屬電極的成本昂貴，不能進(jìn)行大規(guī)模的應(yīng)用。V+Vv+5電對(duì)和v+2/v+3電對(duì)在非貴金屬電極表面電化學(xué)反應(yīng)的可逆性較差，并且耐腐蝕性差，也不適合應(yīng)用于全釩液流儲(chǔ)能電池。⑵碳素電極材料，結(jié)果表明v+4/v+5電對(duì)和v+2/v+3電對(duì)在石墨電極表面的電化學(xué)氧化還原反應(yīng)具有高可逆性，但在充電過(guò)程中， 當(dāng)電位過(guò)高時(shí)，用作陽(yáng)極的石墨板表面會(huì)被腐蝕。在石墨板表面涂敷一層聚苯胺，可以避免上述腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生，但經(jīng)幾次充放電后聚苯胺涂層會(huì)從石墨板表面剝離。V+Vv+5電對(duì)在普通碳素氈電極表面上電化學(xué)反應(yīng)則表現(xiàn)在了不可逆性。石墨電極表面具有較好的電化學(xué)活性，但必須提高石墨電極的有效電化學(xué)反應(yīng)面積，才能實(shí)際應(yīng)用于全釩液流電池中。2、 雙極板材料，雙極板材料應(yīng)具有良好的導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性，以及高機(jī)械強(qiáng)度和低滲透性。 由于全釩液流電池的電解液中含有大量的硫酸，且充電電位較高，因此雙極板材料還必須是耐腐蝕的導(dǎo)電材料。目前使用的雙極板主要有金屬雙極板、石墨雙極板和碳塑復(fù)合雙極板。(1)金屬雙極板材料，金、鈦、鉬等貴金屬雖然耐腐蝕性較好，但由于其價(jià)格昂貴，所以不適合作為雙極板材料。(2)石墨雙極板材料，石墨材料在酸性條件下是穩(wěn)定的，并且具有良好的導(dǎo)電性，其中，無(wú)孔純石墨還具有阻液性，可以作為全釩液流電池用雙極板材料。但石墨雙極板的制備工藝復(fù)雜，費(fèi)時(shí)且成本高，因此不適合應(yīng)用于全礬液流電池。( 碳塑雙極板材料，為了降低雙極板制備成本，以導(dǎo)電填料和高分子樹脂為原料，采用注塑或模壓等方法來(lái)制備的碳塑雙極板目前廣泛地應(yīng)用于全釩液流電池中，其中采用的導(dǎo)電填料包括石墨粉、炭黑、碳纖維、碳納米管、金屬粉末等；而高分子樹脂通常是聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等，為了提高碳塑復(fù)合雙極板的機(jī)械強(qiáng)度還可添加纖維進(jìn)行增強(qiáng)?，F(xiàn)在還提出了一種采用碳?xì)只蛘呤珰指鍓壕o作為復(fù)合電極，主要是由一片石墨隔板，及在石墨隔板兩面采用裝配壓緊力固定的碳?xì)只蛘呤珰纸M成，由于易松脫， 而且有接觸電阻，且各個(gè)方向不均勻，還有在使用過(guò)程中石墨雙極板由于電腐蝕造成電阻增大，甚至表面逐漸剝離，引起竄液；嚴(yán)重時(shí)，可能導(dǎo)致整個(gè)電堆失效。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于一種導(dǎo)電率高且各個(gè)方向電阻均勻、 工序簡(jiǎn)單的一體化復(fù)合電極板。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是一體化復(fù)合電極板，其特征在于包括樹脂板、在樹脂板雙面設(shè)有一體的導(dǎo)電基體(多孔電極)；所述的導(dǎo)電基體為碳?xì)趾?br> /或石墨租。更優(yōu)的，所述的樹脂板為熱塑性板或者熱固性板。采用上述技術(shù)方案后，由于一體化復(fù)合電極板，包括熱塑性板、在熱塑性板正面和背面分別一體設(shè)有的導(dǎo)電基體，所述的導(dǎo)電基體為碳?xì)趾?或石墨氈，解決了現(xiàn)有技術(shù)中釩電池系統(tǒng)中雙極板電阻過(guò)大，導(dǎo)致效率低下的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)電率高，幾乎等于石墨板的導(dǎo)電率，主要是因?yàn)橐詺?石墨氈或者碳?xì)?作為導(dǎo)電骨架，所以各個(gè)方向的電阻，并且使用過(guò)程中電阻幾乎不會(huì)出現(xiàn)增大的現(xiàn)象。另外，一體化電極雙極板是采用注入樹脂或者熱壓的方式來(lái)完成一體化結(jié)構(gòu)的，解決了現(xiàn)有技術(shù)中靠裝配壓緊力來(lái)實(shí)現(xiàn)雙極板與電極接觸電阻盡可能小的問(wèn)題，對(duì)于這種集成后裝配的結(jié)構(gòu)而言，原來(lái)采用裝配壓緊力的方式已經(jīng)完全不需要了，這也是特別針對(duì)電解液在多孔電極中分布不均勻的問(wèn)題得以徹底解決的一體化集成方案。

圖1是本實(shí)用新型的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。如圖1和圖2所示，一體化復(fù)合電極板，包括樹脂板1、在樹脂板1正面和背面分別一體設(shè)有的導(dǎo)電基體2 (多孔電極)；所述的導(dǎo)電基體2為碳?xì)趾?或石墨氈，所述的樹脂板1為熱塑性板或者熱固性板。解決了現(xiàn)有技術(shù)中釩電池系統(tǒng)中雙極板電阻過(guò)大，導(dǎo)致效率低下的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)電率高，幾乎等于石墨板的導(dǎo)電率，主要是因?yàn)橐詺?石墨氈或者碳?xì)?作為導(dǎo)電骨架， 所以各個(gè)方向的電阻一致，并且使用過(guò)程中電阻幾乎不會(huì)出現(xiàn)增大的現(xiàn)象。另外，一體化電極雙極板是采用注入樹脂或者熱壓的方式來(lái)完成一體化結(jié)構(gòu)的，解決了現(xiàn)有技術(shù)中靠裝配壓緊力來(lái)實(shí)現(xiàn)接觸電阻盡可能小的問(wèn)題，對(duì)于這種集成后裝配的結(jié)構(gòu)而言，原來(lái)采用裝配壓緊力的方式已經(jīng)完全不需要了，這也是特別針對(duì)電解液在多孔電極中分布不均勻的問(wèn)題得以徹底解決的一體化集成方案。實(shí)施時(shí)，根據(jù)注入樹脂種類的不同，可以得到一體化復(fù)合電極板的不同耐溫等級(jí)， 不同的硬度范圍，不同耐酸堿程度。(1)耐溫的實(shí)施例PE (聚乙烯)耐溫等級(jí)為-30°C至+90°C ；PEEK (聚醚醚酮)耐溫等級(jí)為_80°C至+250°C。(2)硬度的實(shí)施例PE (聚乙烯)硬度為 90D-95DPEEK (聚醚醚酮)硬度為120R-130R(3)耐酸堿的實(shí)施例PPS (聚苯硫醚)在200 °C以內(nèi)能耐任何化學(xué)溶劑PEEK (聚醚醚酮)只能耐50 %以下的H2SO4以上所述的僅是本實(shí)用新型一體化復(fù)合電極板的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一體化復(fù)合電極板，其特征在于包括樹脂板、在樹脂板雙面設(shè)有一體的導(dǎo)電基體； 所述的導(dǎo)電基體為碳?xì)趾?或石墨氈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化復(fù)合電極板，其特征在于所述的樹脂板為熱塑性板或者熱固性板。
專利摘要本實(shí)用新型屬于電池制造及能量存儲(chǔ)領(lǐng)域，特別涉及一體化復(fù)合電極板，其特征在于包括樹脂板、在樹脂板雙面設(shè)有一體的導(dǎo)電基體；所述的導(dǎo)電基體為碳?xì)趾?或石墨氈。本實(shí)用新型提供一種導(dǎo)電率高且各個(gè)方向電阻均勻、工序簡(jiǎn)單的一體化復(fù)合電極板。
文檔編號(hào)H01M4/02GK202004086SQ20112011455
公開日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者云廷志 申請(qǐng)人:云廷志