本發(fā)明涉及一種釩電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種釩電池結(jié)構(gòu)及電極處理工藝。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有釩電池技術(shù)分為全釩液流電池和靜態(tài)釩電池兩類。全釩液流電池主要用于電網(wǎng)調(diào)峰、風(fēng)能、太陽能等大型儲(chǔ)能項(xiàng)目，與全釩液流電池相關(guān)的專利較多，主要涉及液流系統(tǒng)(集流體)、電解液、隔膜和結(jié)構(gòu)；靜態(tài)釩電池：其電解液可直接放入電極組件中，不需外加電解液罐，則不需要用泵將電解液打入電極組件中，故為靜態(tài)釩電池。靜態(tài)釩電池由于濃差極化、歐姆極化等原因，充放電效果不好，釩電池難以實(shí)現(xiàn)小型化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是靜態(tài)釩電池由于電極極化等原因，充放電效果不好，釩電池難以實(shí)現(xiàn)小型化，目的在于提供一種釩電池結(jié)構(gòu)及電極處理工藝，通過改變電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)促進(jìn)電解液的循環(huán)流通，以及通過改性高純石墨電極板增加其導(dǎo)電性，能夠大大降低釩電池的極化效應(yīng)，增加釩電池的充放電效果。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種釩電池結(jié)構(gòu)，包括電池盒，所述電池盒內(nèi)設(shè)有電解液倉，所述電解液倉內(nèi)設(shè)有隔板，所述隔板將電解液倉的內(nèi)腔分隔為循環(huán)倉和放電倉兩個(gè)子倉；在隔板上開設(shè)有第一缺口和第二缺口用于連通循環(huán)倉和放電倉。

一個(gè)設(shè)有正極電解液倉的電池盒和另一個(gè)設(shè)有負(fù)極電解液倉的電池盒相連接構(gòu)成一個(gè)完整的釩電池結(jié)構(gòu)。本發(fā)明通過設(shè)置隔板將電解液倉分隔為循環(huán)倉和放電倉兩個(gè)子倉，放電倉用于放置電極，循環(huán)倉內(nèi)的電解液和放電倉內(nèi)的電解液通過設(shè)置隔板上的第一缺口和第二缺口進(jìn)行循環(huán)流通。循環(huán)倉和放電倉內(nèi)的電解液由于濃度、密度不同、溫度不同，通過第一缺口和第二缺口實(shí)現(xiàn)電池內(nèi)部電解液循環(huán)流通，產(chǎn)生密度流(異重流)以減少電池內(nèi)部濃差極化，克服靜態(tài)釩電池放電效果不佳的弱點(diǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)釩電池的小型化。驅(qū)動(dòng)液體內(nèi)部流動(dòng)的最主要原因是溫差和濃差異重流：①溫差異重流：當(dāng)電池進(jìn)行充放電時(shí)，放電倉電流通過時(shí)，由于放電倉內(nèi)電解液與極板的電阻產(chǎn)生熱量而放熱，使放電倉內(nèi)的電解液溫度升高。而循環(huán)倉內(nèi)電流密度較放電倉小，溫度低于放電倉，循環(huán)倉和放電倉之間產(chǎn)生溫差異重流；②濃差異重流：循環(huán)倉由于沒有導(dǎo)電極板和橫截面積小于放電倉的原因，其電阻比放電倉大，循環(huán)倉與放電倉在電池內(nèi)部形成并聯(lián)電路，按照并聯(lián)各支路的電流與對(duì)應(yīng)的電阻成反比的原理，放電倉通過的電流大于循環(huán)倉。由于電流密度不同造成循環(huán)倉與放電倉之間產(chǎn)生濃度差，從而產(chǎn)生濃差異重流。以電池正極充電為例，在充電過程中發(fā)生如下反應(yīng)：

v⁴⁺-e→v⁵⁺

放電倉在充電過程中由于電解液靠近極板的原因先于循環(huán)倉內(nèi)的生成v⁵⁺，放電倉內(nèi)v⁵⁺濃度高于循環(huán)倉內(nèi)的v⁵⁺濃度，從而產(chǎn)生濃差異重流。

優(yōu)選地，還包括與所述釩電池結(jié)構(gòu)結(jié)合使用的硅改性高純石墨電極。

通過采用硅改性高純石墨電極，有利于增強(qiáng)高純石墨電極的導(dǎo)電性，同時(shí)，由于電極電阻減小，有利于降低電極導(dǎo)體本身引起的歐姆極化效應(yīng)，增大循環(huán)倉和放電倉內(nèi)電解液濃度、密度差，促進(jìn)電解液在電解倉內(nèi)的循環(huán)流動(dòng)，提高電池的充放電能量效率。

優(yōu)選的，還包括與所述釩電池結(jié)構(gòu)結(jié)合使用的鉆孔純鈦板或鉆孔鈦合金板電極，所述鉆孔數(shù)目為1～40目。本發(fā)明使用過的鈦材料電極有：純鈦(ta1、ta2、ta3、ta4)；鈦合金電極材料有：tb系列合金，如tb7。

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)純鈦(ta1、ta2、ta3、ta4)或tb系列合金板進(jìn)行鉆孔處理，鉆孔數(shù)目為1～50目時(shí)，作為電池負(fù)極，后續(xù)不需要電極處理工藝，具有良好的導(dǎo)電效果。

優(yōu)選地，所述循環(huán)倉和放電倉的體積比為1:1～1:20。

由于電阻與橫截面積成反比，即橫截面積越大電阻越小。在相同高度的條件下，循環(huán)倉橫截面積若超過放電倉(即v循＞v放)，循環(huán)倉內(nèi)阻將小于放電倉，會(huì)影響電池內(nèi)部電解液異重流流速和方向。同時(shí)，在相同高度的條件下，循環(huán)倉橫截面積不能過小，過小會(huì)造成電池內(nèi)部異重流的流速瓶頸，減弱抑制濃差極化的作用。

優(yōu)選地，所述電解液倉的側(cè)壁上設(shè)有至少一個(gè)流道進(jìn)液管和至少一個(gè)流道排液管，且所述流道進(jìn)液管和流動(dòng)排液管均使放電倉的內(nèi)腔與外部連通。

使用過程中，可通過流道進(jìn)液管向放電倉內(nèi)注入新的電解液，通過流道排液管將放電倉內(nèi)使用過的電解液排出，既有更換電解液的作用，同時(shí)還有利于促進(jìn)電解液的流通。本發(fā)明所提供的釩電池結(jié)構(gòu)，可將充好的釩電解液加入該電池結(jié)構(gòu)中，達(dá)到換液如換電的目的，在電動(dòng)汽車領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)瞬間秒沖(電)，是將全釩液流電池與靜態(tài)釩電池相結(jié)合的一種解決方案，解決現(xiàn)有電動(dòng)汽車以時(shí)間換空間的難題。此外，本發(fā)明提供的釩電池結(jié)構(gòu)也可用做全釩液流電池的集流體，用于大型儲(chǔ)能項(xiàng)目。

優(yōu)選地，所述電解液倉分為正極電解液倉和負(fù)極電解液倉兩類，所述正極電解液倉的放電倉與負(fù)極電解液倉的放電倉之間通過電池隔膜連接，且所述電池盒與電池隔膜結(jié)合端口處設(shè)有隔膜粘合部，所述隔膜粘合部在與電池盒側(cè)壁垂直的方向向外延伸、且隔膜粘合部的寬度大于電池盒的壁厚度。

通過設(shè)置隔膜粘合部，使電池盒與電池隔膜結(jié)合處略寬于電池盒壁厚，以增加正、負(fù)極電極放電倉與隔膜粘合或熱合的接觸面。

一種用于釩電池的電極處理工藝，所述處理工藝的具體步驟包括：

步驟1，對(duì)高純石墨電極進(jìn)行鉆孔處理；石墨板鉆孔后增加石墨與電解液接觸面積，促進(jìn)電解液流動(dòng)，因此石墨電極原料也可使用多孔石墨、膨脹石墨或石墨氈；

步驟2，將所述鉆孔后的高純石墨電極進(jìn)行烘烤，烘烤結(jié)束后冷卻處理；通過烘烤去除石墨中的水分以及其它易揮發(fā)的雜質(zhì)；

步驟3，將冷卻后的高純石墨電極在硅酸鈉溶液中進(jìn)行浸泡，待浸泡結(jié)束后晾干處理；將所述晾干后的高純石墨電極在硫酸進(jìn)行浸泡，待浸泡結(jié)束后晾干處理；

步驟4，將所述步驟3晾干后的高純石墨電極在真空或惰性氣體環(huán)境中進(jìn)行煅燒，煅燒結(jié)束后冷卻處理；

步驟5，將所述步驟4冷卻后的高純石墨電極在蒸餾水中浸泡后自然晾干則獲得硅改性高純石墨電極。

優(yōu)選地，所述步驟1中，對(duì)高純石墨電極進(jìn)行鉆孔，鉆孔數(shù)目為1～200目。

優(yōu)選地，所述步驟2中，烘烤溫度為100～400℃，烘烤時(shí)間為20～60min。

優(yōu)選地，所述步驟3中，采用質(zhì)量百分比濃度為3～15％的硅酸鈉溶液進(jìn)行浸泡，浸泡溫度為0～50℃，浸泡時(shí)間為1～60min；采用質(zhì)量百分比濃度為3～50％的硫酸溶液浸泡，浸泡溫度為0～50℃，浸泡時(shí)間為1～60min。

優(yōu)選地，所述步驟4中，烘烤溫度為1600～1950℃，烘烤時(shí)間為1～30min。

本發(fā)明的電極處理工藝中，在采用硫酸浸泡時(shí)發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)：

nasio3(l)+h2so4(l)→h2sio3↓(s)+na2so4(l)；

采用硫酸浸泡后將高純石墨電極晾干，在惰性氣體或真空條件下進(jìn)行高溫烘烤，烘烤時(shí)所發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)的方程式為：

h2sio3(s)+c(s)→si(s)+co2(g)+h2o(g)；

h2so4(l)→h2o(g)+so3(g)；

sio2(s)+2c(s)→si(s)+2co(g)。

本發(fā)明采用的高純石墨電極，所述高純石墨是指石墨的含碳量>99％，高純石墨電極可采用石墨板或石墨帶等結(jié)構(gòu)。通過將高純石墨電極進(jìn)行切割與鉆孔、烘烤、硅酸鈉溶液浸泡、硫酸溶液浸泡、高溫烘烤、清洗等流程加入硅元素，使硅元素均勻鑲嵌在石墨板中，增加了高純石墨電極的導(dǎo)電性，從而提高釩電池的能量密度。工藝最后的高溫烘烤后所產(chǎn)生的氣體送尾氣回收裝置用于制取硫酸鹽和碳酸鹽。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

本發(fā)明提供了一種釩電池結(jié)構(gòu)及與之配套的電極處理工藝，所述釩電池結(jié)構(gòu)通過多次實(shí)測，能大大降低靜態(tài)釩電池的濃差極化效應(yīng)，使用所述結(jié)構(gòu)的靜態(tài)釩電池與經(jīng)過處理的電極板配合使用，充放電能量效率大于或等于70％，液體能量密度大于或等于30wh/l，使靜態(tài)釩電池能像鉛酸電池與鎳氫電池一樣進(jìn)入電動(dòng)車、汽車、玩具等民用領(lǐng)域。

可通過流道進(jìn)液管向放電倉內(nèi)注入新的電解液，通過流道排液管將放電倉內(nèi)使用過的電解液排出，既有更換電解液的作用，同時(shí)還有利于促進(jìn)電解液的流通。本發(fā)明所提供的的釩電池結(jié)構(gòu)，可將充好的釩電解液加入該電池結(jié)構(gòu)中，達(dá)到換液如換電的目的，在電動(dòng)汽車領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)瞬間秒充(電)，是將全釩液流電池與靜態(tài)釩電池相結(jié)合的一種解決方案，解決現(xiàn)有電動(dòng)汽車以時(shí)間換空間的難題。此外，本發(fā)明提供的釩電池結(jié)構(gòu)也可用做全釩液流電池的集流體，用于大型儲(chǔ)能項(xiàng)目。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明釩電池45°視角結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明釩電池正視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明釩電池俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明連體釩電池45°視角結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明連體釩電池側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明連體釩電池俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明靜態(tài)單體釩電池截面結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中標(biāo)記及對(duì)應(yīng)的零部件名稱：1-電池盒，2-電解液倉，3-隔板，4-循環(huán)倉，5-放電倉，6-第一缺口，7-第二缺口，8-流道進(jìn)液管，9-流道排液管，10-隔膜粘合部，11-電池外隔板，12-電池隔膜。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

實(shí)施例1

如圖1～3所示，本發(fā)明一種釩電池結(jié)構(gòu)，包括電池盒1，在電池盒1內(nèi)設(shè)有電解液倉2，電解液倉2分為正極電解液倉和負(fù)極電解液倉兩類。電解液倉2內(nèi)設(shè)有隔板3，通過隔板3將電解液倉2的內(nèi)腔分隔為循環(huán)倉4放電倉5兩個(gè)子倉。在隔板3上開分別設(shè)有第一缺口6和第二缺口7用于連通循環(huán)倉4和放電倉5，且優(yōu)選地將第一缺口6和第二缺口7設(shè)置在與所述兩個(gè)子倉長軸方向的兩端對(duì)應(yīng)處。所述循環(huán)倉4和放電倉5的體積比為1:1～1:20。

實(shí)施例2

如圖7所示，為靜態(tài)單體釩電池截面結(jié)構(gòu)示意圖，所述正極電解液倉的放電倉5與負(fù)極電解液倉的放電倉5之間通過電池隔膜12連接。

實(shí)施例3

如圖4～6所示，在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)，本發(fā)明一種釩電池結(jié)構(gòu)，所述正極電解液倉的放電倉5與負(fù)極電解液倉的放電倉5之間通過電池隔膜12連接，且電池盒1與電池隔膜結(jié)合端口處設(shè)有隔膜粘合部10，隔膜粘合部10在與電池盒1側(cè)壁垂直的方向向外延伸、且隔膜粘合部10的寬度大于電池盒1的壁厚度。其中放電倉5為靠近電池隔膜一側(cè)的空間，循環(huán)倉4為遠(yuǎn)離電池隔膜的空間，兩個(gè)電池盒1的兩個(gè)循環(huán)倉4之間通過電池外隔板11隔開。

實(shí)施例4

在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)，本發(fā)明一種釩電池結(jié)構(gòu)，所述放電倉5的側(cè)壁上設(shè)有兩個(gè)流道進(jìn)液管8和兩個(gè)流道排液管9，且所述流道進(jìn)液管8和流動(dòng)排液管9均使放電倉5的內(nèi)腔與外部連通。

實(shí)施例5

采用實(shí)施例3的連體釩電池結(jié)構(gòu)，用cad、solidworks等3d設(shè)計(jì)軟件對(duì)電池盒子進(jìn)行設(shè)計(jì)，放電倉的可用體積設(shè)計(jì)為195mm×60mm×8mm，循環(huán)倉的可用體積設(shè)計(jì)為195mm×60mm×4mm，循環(huán)倉與放電倉的體積比為1:2。放電倉和循環(huán)倉之間的隔板厚度設(shè)計(jì)為1mm，在循環(huán)倉和放電倉共用的隔離板上部和下部劃出兩個(gè)長方形液體循環(huán)用的第一缺口和第二缺口，上部第一缺口體積為60mm×30mm×1mm，下部第二缺口體積為60mm×10mm×1mm。啟動(dòng)3d打印機(jī)，將設(shè)計(jì)好的電池盒子打印出來，材質(zhì)使用abs，打印機(jī)噴頭溫度設(shè)定為230℃，打印機(jī)支撐平臺(tái)溫度設(shè)定為35℃。

同時(shí)，按照上述電解液倉尺寸對(duì)1mm厚度的高純石墨電極板進(jìn)行切割，切割后的高純石墨電極板尺寸為200mm×50mm×1mm，之后對(duì)高純石墨電極板進(jìn)行鉆孔，孔的目數(shù)為1目；然后，將帶孔的高純石墨電極板在100℃的溫度下進(jìn)行烘烤30min，之后在常溫下冷卻；冷卻后的高純石墨電極板在硅酸鈉的溶液中浸泡，浸泡液溫度為0℃，浸泡時(shí)間為1min，硅酸鈉浸泡液的質(zhì)量百分比濃度為3％，將采用硅酸鈉溶液浸泡后的高純石墨電極板在晾干器上自然晾干；晾干后的高純石墨電極板采用硫酸溶液中浸泡，浸泡液溫度為0℃，浸泡時(shí)間為1min，硫酸溶液的質(zhì)量百分比濃度為3％，采用硫酸溶液浸泡后的高純石墨電極板在晾干器上自然晾干；將晾干后的高純石墨電極板放入真空熱還原爐中，將還原爐溫度設(shè)定為1600℃，烘烤時(shí)間為1min。經(jīng)過烘烤后的高純石墨電極板自然冷卻后在蒸餾水中浸泡后自然晾干使用。最后將高純石墨電極板放入已3d打印和粘合完畢的電池盒中，將電池盒兩邊分別注入正極釩電池電解液和負(fù)極釩電池電解液各100ml，進(jìn)行充恒壓充電和恒流放電，充電電壓不高于1.75v，充電電流為1a，放電終止電壓設(shè)定為0.7v，放電電流設(shè)定為0.3a，測試得到放電容量為4.94ah，放電能量為6.08wh，電池雙邊電解液放電能量密度為30.40wh/l。

實(shí)施例6

采用實(shí)施例3的連體釩電池結(jié)構(gòu)，用cad、solidworks等3d設(shè)計(jì)軟件對(duì)電池盒子進(jìn)行設(shè)計(jì)，放電倉的可用體積設(shè)計(jì)為195mm×60mm×6mm，循環(huán)倉的可用體積設(shè)計(jì)為195mm×60mm×6mm，循環(huán)倉與放電倉的體積比為1:1。放電倉和循環(huán)倉之間的隔板厚度設(shè)計(jì)為1mm，在循環(huán)倉和放電倉隔離板上部和下部劃出兩個(gè)長方形液體循環(huán)用第一缺口和第二缺口，上部第一缺口體積為60mm×30mm×1mm，下部第二缺口體積為60mm×10mm×1mm。啟動(dòng)3d打印機(jī)，將設(shè)計(jì)好的電池盒子打印出來，材質(zhì)使用pla，打印機(jī)噴頭溫度設(shè)定為210℃，打印機(jī)支撐平臺(tái)溫度設(shè)定為30℃。

同時(shí)，按照上述電解液倉尺寸對(duì)1mm厚度的高純石墨電極板進(jìn)行切割，切割后的高純石墨電極板尺寸為200mm×50mm×2mm，之后對(duì)高純石墨電極板進(jìn)行鉆孔，孔的目數(shù)為3目；然后，將帶孔的高純石墨電極板在200℃的溫度下進(jìn)行烘烤30min，之后在常溫下冷卻；冷卻后的高純石墨電極板在硅酸鈉溶液中浸泡，浸泡液溫度為5℃，浸泡時(shí)間為20min，硅酸鈉浸泡液的質(zhì)量百分比濃度為5％；將采用硅酸鈉溶液浸泡后的石墨板在晾干器上自然晾干；晾干后的高純石墨電極板在硫酸溶液中浸泡，浸泡液溫度為5℃，浸泡時(shí)間為5min，硫酸溶液的質(zhì)量百分比濃度為5％；采用硫酸溶液浸泡后的高純石墨電極板在晾干器上自然晾干；將晾干后的高純石墨電極板放入真空熱還原爐中，將還原爐溫度設(shè)定為1700℃，烘烤時(shí)間為5min；經(jīng)過烘烤后的高純石墨電極板自然冷卻后在蒸餾水中浸泡后自然晾干使用。最后將電極板放入已3d打印和粘合完畢的電池盒中，將電池盒兩邊分別注入正極釩電池電解液和負(fù)極釩電池電解液各100ml，進(jìn)行充恒壓充電和恒流放電，充電電壓不高于1.75v，充電電流為1a，放電終止電壓設(shè)定為0.7v，放電電流設(shè)定為0.3a，測試得到放電容量為4.87ah，放電能量為5.99wh，電池雙邊電解液放電能量密度為29.95wh/l。

實(shí)施例7

采用實(shí)施例3的連體釩電池結(jié)構(gòu)，用cad、solidworks等3d設(shè)計(jì)軟件對(duì)電池盒子進(jìn)行設(shè)計(jì)，循環(huán)倉的可用體積設(shè)計(jì)為195mm×60mm×2mm，放電倉的可用體積設(shè)計(jì)為195mm×60mm×10mm，循環(huán)倉與放電倉的體積比為1:5。放電倉和循環(huán)倉之間的隔板厚度設(shè)計(jì)為1mm，在循環(huán)倉和放電倉隔離板上部和下部劃出兩個(gè)長方形缺口，用于液體循環(huán)流動(dòng)，稱為第一缺口和第二缺口，上部第一缺口體積為60mm×30mm×1mm，下部第二缺口體積為60mm×10mm×1mm。啟動(dòng)3d打印機(jī)，將設(shè)計(jì)好的電池盒子打印出來，材質(zhì)使用pla，打印機(jī)噴頭溫度設(shè)定為225℃，打印機(jī)支撐平臺(tái)溫度設(shè)定為30℃。

同時(shí)，按照電解液倉尺寸對(duì)1mm厚度的高純石墨電極板進(jìn)行切割，切割后的高純石墨電極板尺寸為200mm×50mm×2mm，之后對(duì)高純石墨電極板進(jìn)行鉆孔，孔的目數(shù)為200目；然后，將帶孔的高純石墨電極板在400℃的溫度下進(jìn)行烘烤60min，之后在常溫下冷卻；冷卻后的高純石墨電極板在硅酸鈉溶液中浸泡，浸泡液溫度為25℃，浸泡時(shí)間為30min，硅酸鈉浸泡液的質(zhì)量百分比濃度為15％，將采用硅酸鈉溶液浸泡后的高純石墨電極板在晾干器上自然晾干；將晾干后的高純石墨電極板在硫酸溶液中浸泡，浸泡液溫度為50℃，浸泡時(shí)間為60min，硫酸溶液的質(zhì)量百分比濃度為50％，采用硫酸溶液浸泡后的高純石墨電極板在晾干器上自然晾干；將晾干后的高純石墨電極板放入真空熱還原爐中，將還原爐溫度設(shè)定為1950℃，烘烤時(shí)間為30min；經(jīng)過烘烤后的高純石墨電極板自然冷卻后在蒸餾水中浸泡后自然晾干使用。最后將高純石墨電極板放入已3d打印和粘合完畢的電池盒中，將電池盒兩邊分別注入正極釩電池電解液和負(fù)極釩電池電解液各100ml，進(jìn)行充恒壓充電和恒流放電，充電電壓不高于1.75v，充電電流為1a，放電終止電壓設(shè)定為0.7v，放電電流設(shè)定為0.3a，測試得到放電容量為5.38ah，放電能量為6.63wh，電池雙邊電解液放電能量密度為33.15wh/l。

實(shí)施例8

采用實(shí)施例3的連體釩電池結(jié)構(gòu)，用cad、solidworks等3d設(shè)計(jì)軟件對(duì)電池盒子進(jìn)行設(shè)計(jì)，循環(huán)倉的可用體積設(shè)計(jì)為195mm×60mm×4mm，放電倉的可用體積設(shè)計(jì)為195mm×60mm×8mm，循環(huán)倉與放電倉的體積比為1∶2。放電倉和循環(huán)倉之間的隔板厚度設(shè)計(jì)為1mm，在循環(huán)倉和放電倉隔離板上部和下部劃出兩個(gè)長方形缺口，用于液體循環(huán)流動(dòng)，稱為第一缺口和第二缺口，上部第一缺口體積為60mm×30mm×1mm，下部第二缺口體積為60mm×10mm×1mm。啟動(dòng)3d打印機(jī)，將設(shè)計(jì)好的電池盒子打印出來，材質(zhì)使用pla，打印機(jī)噴頭溫度設(shè)定為210℃，打印機(jī)支撐平臺(tái)溫度設(shè)定為40℃。

同時(shí)，按照電解液倉尺寸對(duì)1mm厚度的高純石墨電極板進(jìn)行切割，切割后的高純石墨電極板尺寸為200mm×60mm×1mm，之后對(duì)高純石墨電極板進(jìn)行鉆孔，孔的目數(shù)為100目；然后，將帶孔的高純石墨電極板在300℃的溫度下進(jìn)行烘烤60min，之后在常溫下冷卻；將冷卻后的高純石墨電極板在硅酸鈉溶液中浸泡，浸泡液溫度為50℃，浸泡時(shí)間為60min，硅酸鈉浸泡液的質(zhì)量百分比濃度為10％，將采用硅酸鈉溶液浸泡后的高純石墨電極板在晾干器上自然晾干；晾干后的高純石墨電極板在硫酸溶液中浸泡，浸泡液溫度為30℃，浸泡時(shí)間為30min，硫酸溶液的質(zhì)量百分比濃度為10％，將采用硫酸溶液浸泡后將高純石墨電極板在晾干器上自然晾干；將晾干后的高純石墨電極板放入真空熱還原爐中，將還原爐溫度設(shè)定為1800℃，烘烤時(shí)間為10min；經(jīng)過烘烤后的高純石墨電極板自然冷卻后在蒸餾水中浸泡后自然晾干使用。最后將高純石墨電極板放入已3d打印和粘合完畢的電池盒中，將電池盒兩邊分別注入正極釩電池電解液和負(fù)極釩電池電解液各100ml，進(jìn)行充恒壓充電和恒流放電，充電電壓不高于1.75v，充電電流為1a，放電終止電壓設(shè)定為0.7v，放電電流設(shè)定為0.3a，測試得到放電容量為6.16ah，放電能量為7.58wh，電池雙邊電解液放電能量密度為37.90wh/l。

實(shí)施例9

采用實(shí)施例3的連體釩電池結(jié)構(gòu)，用cad、solidworks等3d設(shè)計(jì)軟件對(duì)電池盒子進(jìn)行設(shè)計(jì)，放電倉的可用體積設(shè)計(jì)為245mm×60mm×6mm，循環(huán)倉的可用體積設(shè)計(jì)為245mm×60mm×2mm，循環(huán)倉與放電倉的體積比為1:3。放電倉和循環(huán)倉之間的隔板厚度設(shè)計(jì)為1mm，在循環(huán)倉和放電倉隔離板上部和下部劃出兩個(gè)長方形缺口，用于液體循環(huán)流動(dòng)，稱為第一缺口和第二缺口，上部第一缺口體積為60mm×30mm×1mm，下部第二缺口體積為60mm×10mm×1mm。啟動(dòng)3d打印機(jī)，將設(shè)計(jì)好的電池盒子打印出來，材質(zhì)使用pla，打印機(jī)噴頭溫度設(shè)定為210℃，打印機(jī)支撐平臺(tái)溫度設(shè)定為40℃。

同時(shí)，按照電解液倉尺寸對(duì)1mm厚度的高純石墨電極板進(jìn)行切割，切割后的高純石墨電極板尺寸為250mm×50mm×2mm，之后對(duì)高純石墨電極板進(jìn)行鉆孔，孔的目數(shù)為3目；然后，將帶孔的高純石墨電極板在300℃的溫度下進(jìn)行烘烤20min，之后在常溫下冷卻；將冷卻后的高純石墨板在硅酸鈉溶液中浸泡，浸泡液溫度為30℃，浸泡時(shí)間為30min，硅酸鈉浸泡液的質(zhì)量百分比濃度為13％，將浸泡后的高純石墨電極板在晾干器上自然晾干；將晾干后的高純石墨電極板在硫酸溶液中浸泡，浸泡液溫度為20℃，浸泡時(shí)間為30min，硫酸溶液的質(zhì)量百分比濃度為25％；將采用硫酸溶液浸泡后的高純石墨電極板在晾干器上自然晾干；將晾干后的高純石墨電極板放入真空熱還原爐中，將還原爐溫度設(shè)定為1880℃，烘烤時(shí)間為20min；經(jīng)過烘烤后的電極板自然冷卻后在蒸餾水中浸泡后自然晾干使用。最后將高純石墨電極板放入已3d打印和粘合完畢的電池盒中，將電池盒兩邊分別注入正極釩電池電解液和負(fù)極釩電池電解液各80ml，進(jìn)行充恒壓充電和恒流放電，充電電壓不高于1.75v，充電電流為1a，放電終止電壓設(shè)定為0.7v，放電電流設(shè)定為0.3a，測試得到放電容量為5.32ah，放電能量為6.54wh，電池雙邊電解液放電能量密度為40.90wh/l。

實(shí)施例10

采用實(shí)施例3的連體釩電池結(jié)構(gòu)，用cad、solidworks等3d設(shè)計(jì)軟件對(duì)電池盒子進(jìn)行設(shè)計(jì)，循環(huán)倉的可用體積設(shè)計(jì)為290mm×110mm×2mm，放電倉的可用體積設(shè)計(jì)為290mm×110mm×8mm，循環(huán)倉與放電倉的體積比為1:4。放電倉和循環(huán)倉之間的隔板厚度設(shè)計(jì)為1mm，在循環(huán)倉和放電倉隔離板上部和下部劃出兩個(gè)長方形缺口，用于液體循環(huán)流動(dòng)，稱為第一缺口和第二缺口，上部第一缺口體積為110mm×30mm×1mm，下部第二缺口體積為110mm×10mm×1mm。啟動(dòng)3d打印機(jī)，將設(shè)計(jì)好的電池盒子打印出來，材質(zhì)使用pla，打印機(jī)噴頭溫度設(shè)定為210℃，打印機(jī)支撐平臺(tái)溫度設(shè)定為40℃。

同時(shí)，按照電解液倉尺寸對(duì)2mm厚度的高純石墨電極板進(jìn)行切割，切割后的高純石墨電極板尺寸為300mm×100mm×2mm，之后對(duì)高純石墨電極板進(jìn)行鉆孔，孔的目數(shù)為3目；然后，將帶孔的高純石墨電極板在300℃的溫度下進(jìn)行烘烤20min，之后在常溫下冷卻；將冷卻后的高純石墨電極板在硅酸鈉的溶液中浸泡，浸泡液溫度為30℃，浸泡時(shí)間為30min，硅酸鈉浸泡液的質(zhì)量百分比濃度為8％，將浸泡后的石墨板浸泡晾干器自然晾干；將晾干后的高純石墨電極板在硫酸溶液中浸泡，浸泡液溫度為15℃，浸泡時(shí)間為30min，硫酸溶液的質(zhì)量百分比濃度為18％；將采用硫酸溶液浸泡后將高純石墨電極板在晾干器上自然晾干，將晾干后的高純石墨電極板放入真空熱還原爐中，將還原爐溫度設(shè)定為1750℃，烘烤時(shí)間為15min；經(jīng)過烘烤后的電極板自然冷卻后在蒸餾水中浸泡后自然晾干使用。最后將高純石墨電極板放入已3d打印和粘合完畢的電池盒中，將電池盒兩邊分別注入正極釩電池電解液和負(fù)極釩電池電解液各240ml，進(jìn)行充恒壓充電和恒流放電，充電電壓不高于1.75v，充電電流為1a，放電終止電壓設(shè)定為0.7v，放電電流設(shè)定為0.3a，測試得到放電容量為15.68ah，放電能量為19.29wh，電池雙邊電解液放電能量密度為40.19wh/l。

實(shí)施例11

采用實(shí)施例3的連體釩電池結(jié)構(gòu)，用cad、solidworks等3d設(shè)計(jì)軟件對(duì)電池盒子進(jìn)行設(shè)計(jì)，循環(huán)倉的可用體積設(shè)計(jì)為195mm×60mm×1mm，放電倉的可用體積設(shè)計(jì)為195mm×60mm×20mm，循環(huán)倉與放電倉的體積比為1:20。放電倉和循環(huán)倉之間的隔板厚度設(shè)計(jì)為

1mm，在循環(huán)倉和放電倉隔離板上部和下部劃出兩個(gè)長方形缺口，用于液體循環(huán)流動(dòng)，稱為第一缺口和第二缺口，上部第一缺口體積為60mm×30mm×1mm，下部第二缺口體積為60mm×20mm×1mm。啟動(dòng)3d打印機(jī)，將設(shè)計(jì)好的電池盒子打印出來，材質(zhì)使用pla，打印機(jī)噴頭溫度設(shè)定為225℃，打印機(jī)支撐平臺(tái)溫度設(shè)定為30℃。

同時(shí)，按照電解液倉尺寸對(duì)1mm厚度的高純石墨電極板進(jìn)行切割，切割后的高純石墨電極板尺寸為200mm×50mm×2mm，之后對(duì)高純石墨電極板進(jìn)行鉆孔，孔的目數(shù)為200目；然后，將帶孔的高純石墨電極板在400℃的溫度下進(jìn)行烘烤60min，之后在常溫下冷卻；冷卻后的高純石墨電極板在硅酸鈉溶液中浸泡，浸泡液溫度為25℃，浸泡時(shí)間為30min，硅酸鈉浸泡液的質(zhì)量百分比濃度為15％，將采用硅酸鈉溶液浸泡后的高純石墨電極板在晾干器上自然晾干；將晾干后的高純石墨電極板在硫酸溶液中浸泡，浸泡液溫度為50℃，浸泡時(shí)間為60min，硫酸溶液的質(zhì)量百分比濃度為50％，采用硫酸溶液浸泡后的高純石墨電極板在晾干器上自然晾干；將晾干后的高純石墨電極板放入真空熱還原爐中，將還原爐溫度設(shè)定為1950℃，烘烤時(shí)間為30min；經(jīng)過烘烤后的高純石墨電極板自然冷卻后在蒸餾水中浸泡后自然晾干使用。最后將高純石墨電極板放入已3d打印和粘合完畢的電池盒中，將電池盒兩邊分別注入正極釩電池電解液和負(fù)極釩電池電解液各200ml，進(jìn)行充恒壓充電和恒流放電，充電電壓不高于1.75v，充電電流為1a，放電終止電壓設(shè)定為0.7v，放電電流設(shè)定為0.3a，測試得到放電容量為10.39ah，放電能量為12.78wh，電池雙邊電解液放電能量密度為31.95wh/l。

實(shí)施例12

采用實(shí)施例3的連體釩電池結(jié)構(gòu)，用cad、solidworks等3d設(shè)計(jì)軟件對(duì)電池盒子進(jìn)行設(shè)計(jì)，放電倉的可用體積設(shè)計(jì)為195mm×60mm×6mm，循環(huán)倉的可用體積設(shè)計(jì)為195mm×60mm×2mm，循環(huán)倉與放電倉的體積比為1:3，放電倉和循環(huán)倉之間的隔板厚度設(shè)計(jì)為1mm，在循環(huán)倉和放電倉隔離板上部和下部劃出兩個(gè)長方形缺口，用于液體循環(huán)流動(dòng)，稱為第一缺口和第二缺口，上部第一缺口體積為60mm×30mm×1mm，下部第二缺口體積為60mm×20mm×1mm。啟動(dòng)3d打印機(jī)，將設(shè)計(jì)好的電池盒子打印出來，材質(zhì)使用pla，打印機(jī)噴頭溫度設(shè)定為210℃，打印機(jī)支撐平臺(tái)溫度設(shè)定為40℃。

同時(shí)，按照電解液倉尺寸對(duì)1mm厚度的純鈦(材質(zhì)為ta1)電極板進(jìn)行切割，切割后的純鈦電極板尺寸為200mm×50mm×2mm之后。將純鈦電極板放入已3d打印和粘合完畢的電池盒中，將電池盒兩邊分別注入正極釩電池電解液和負(fù)極釩電池電解液各60ml，進(jìn)行充恒壓充電和恒流放電，充電電壓不高于1.75v，充電電流為0.5a，放電終止電壓設(shè)定為0.7v，放電電流設(shè)定為0.3a，測試得到放電容量為3.53ah，放電能量為4.34wh，電池雙邊電解液放電能量密度為36.18wh/l。

實(shí)施例13

采用實(shí)施例3的連體釩電池結(jié)構(gòu)，用cad、solidworks等3d設(shè)計(jì)軟件對(duì)電池盒子進(jìn)行設(shè)計(jì)，放電倉的可用體積設(shè)計(jì)為195mm×60mm×6mm，循環(huán)倉的可用體積設(shè)計(jì)為195mm×60mm×2mm，循環(huán)倉與放電倉的體積比為1:3，放電倉和循環(huán)倉之間的隔板厚度設(shè)計(jì)為1mm，在循環(huán)倉和放電倉隔離板上部和下部劃出兩個(gè)長方形缺口，用于液體循環(huán)流動(dòng)，稱為第一缺口和第二缺口，上部第一缺口體積為60mm×30mm×1mm，下部第二缺口體積為60mm×20mm×1mm。啟動(dòng)3d打印機(jī)，將設(shè)計(jì)好的電池盒子打印出來，材質(zhì)使用pla，打印機(jī)噴頭溫度設(shè)定為210℃，打印機(jī)支撐平臺(tái)溫度設(shè)定為40℃。

同時(shí)，按照電解液倉尺寸對(duì)1mm厚度的鈦合金電極板(材質(zhì)為tb7)進(jìn)行切割，切割后的鈦合金電極板尺寸為200mm×50mm×1mm。之后將鈦合金電極板放入已3d打印和粘合完畢的電池盒中，將電池盒兩邊分別注入正極釩電池電解液和負(fù)極釩電池電解液各60ml，進(jìn)行充恒壓充電和恒流放電，充電電壓不高于1.75v，充電電流為0.8a，放電終止電壓設(shè)定為0.7v，放電電流設(shè)定為0.3a，測試得到放電容量為3.68ah，放電能量為4.53wh，電池雙邊電解液放電能量密度為37.75wh/l。

對(duì)比例1

采用的電池結(jié)構(gòu)與實(shí)施例3的區(qū)別在于電解液倉內(nèi)腔無循環(huán)倉。用cad、solidworks等3d設(shè)計(jì)軟件對(duì)電池盒子進(jìn)行設(shè)計(jì)，放電倉的可用體積設(shè)計(jì)為195mm×60mm×6mm，不設(shè)計(jì)循環(huán)倉。啟動(dòng)3d打印機(jī)，將設(shè)計(jì)好的電池盒子打印出來，材質(zhì)使用pla，打印機(jī)噴頭溫度設(shè)定為200℃，打印機(jī)支撐平臺(tái)溫度設(shè)定為40℃。

同時(shí)，按照電解液倉尺寸對(duì)2mm厚度的高純石墨電極板進(jìn)行切割，切割后的高純石墨電極板尺寸為200mm×50mm×2mm，之后對(duì)高純石墨電極板進(jìn)行鉆孔，孔的目數(shù)為3目；然后，將帶孔的高純石墨電極板在300℃的溫度下進(jìn)行烘烤20min，之后在常溫下冷卻；將冷卻后的高純石墨板在硅酸鈉溶液中浸泡，浸泡液溫度為30℃，浸泡時(shí)間為30min，硅酸鈉浸泡液的質(zhì)量百分比濃度為15％，將浸泡后的高純石墨電極板在晾干器上自然晾干；將晾干后的高純石墨電極板在硫酸溶液中浸泡，浸泡液溫度為20℃，浸泡時(shí)間為30min，硫酸溶液的質(zhì)量百分比濃度為25％；將采用硫酸溶液浸泡后的高純石墨電極板在晾干器上自然晾干；將晾干后的高純石墨電極板放入真空熱還原爐中，將還原爐溫度設(shè)定為1800℃，烘烤時(shí)間為20min；經(jīng)過烘烤后的電極板自然冷卻后在蒸餾水中浸泡后自然晾干使用。最后將高純石墨電極板放入已3d打印和粘合完畢的電池盒中，將電池盒兩邊分別注入正極釩電池電解液和負(fù)極釩電池電解液各50ml，進(jìn)行充恒壓充電和恒流放電，充電電壓不高于1.75v，充電電流為0.6a，放電終止電壓設(shè)定為0.7v，放電電流設(shè)定為0.3a，測試得到放電容量為1.93ah，放電能量為2.32wh，電池雙邊電解液放電能量密度為23.20wh/l。此外，未采用循環(huán)倉和放電倉結(jié)構(gòu)的靜態(tài)釩電池，循環(huán)測試30次以上電解板會(huì)出現(xiàn)蝕刻現(xiàn)象，而采用循環(huán)倉和放電倉結(jié)構(gòu)的靜態(tài)釩電池循環(huán)100次以上也未見蝕刻現(xiàn)象。

對(duì)比例2

采用實(shí)施例3的連體釩電池結(jié)構(gòu)，用cad、solidworks等3d設(shè)計(jì)軟件對(duì)電池盒子進(jìn)行設(shè)計(jì)，放電倉的可用體積設(shè)計(jì)為195mm×60mm×6mm，循環(huán)倉的可用體積設(shè)計(jì)為195mm×60mm×2mm，循環(huán)倉與放電倉的體積比為1:3，放電倉和循環(huán)倉之間的隔板厚度設(shè)計(jì)為1mm，在循環(huán)倉和放電倉隔離板上部和下部劃出兩個(gè)長方形缺口，用于液體循環(huán)流動(dòng)，稱為第一缺口和第二缺口，上部第一缺口體積為60mm×30mm×1mm，下部第二缺口體積為60mm×20mm×1mm。啟動(dòng)3d打印機(jī)，將設(shè)計(jì)好的電池盒子打印出來，材質(zhì)使用pla，打印機(jī)噴頭溫度設(shè)定為210℃，打印機(jī)支撐平臺(tái)溫度設(shè)定為40℃。

同時(shí)，按照200mm×50mm×2mm的尺寸對(duì)2mm厚度的高純石墨電極板進(jìn)行切割，之后將已切割好的高純石墨電極板放入已3d打印和粘合完畢的電池盒中，將電池盒兩邊分別注入正極釩電池電解液和負(fù)極釩電池電解液各60ml，進(jìn)行充恒壓充電和恒流放電，充電電壓不高于1.75v，充電電流為0.8a，放電終止電壓設(shè)定為0.7v，放電電流設(shè)定為0.3a，測試得到放電容量為2.17ah，放電能量為2.65wh，電池雙邊電解液放電能量密度為22.06wh/l。

對(duì)比例3

采用的電池結(jié)構(gòu)與實(shí)施例3的區(qū)別在于電解液倉內(nèi)腔無循環(huán)倉。用cad、solidworks等3d設(shè)計(jì)軟件對(duì)電池盒子進(jìn)行設(shè)計(jì)，放電倉的可用體積設(shè)計(jì)為195mm×60mm×6mm，不設(shè)計(jì)循環(huán)倉。啟動(dòng)3d打印機(jī)，將設(shè)計(jì)好的電池盒子打印出來，材質(zhì)使用pla，打印機(jī)噴頭溫度設(shè)定為200℃，打印機(jī)支撐平臺(tái)溫度設(shè)定為40℃。

同時(shí)，按照200mm×50mm×2mm的尺寸對(duì)2mm厚度的高純石墨電極板進(jìn)行切割，之后將高純石墨電極板放入已3d打印和粘合完畢的電池盒中，將電池盒兩邊分別注入正極釩電池電解液和負(fù)極釩電池電解液各50ml。然后進(jìn)行充恒壓充電和恒流放電，充電電壓不高于1.75v，充電電流為0.6a，放電終止電壓設(shè)定為0.7v，放電電流設(shè)定為0.3a，測試得到放電容量為1.79ah，放電能量為2.15wh，電池雙邊電解液放電能量密度為21.50wh/l。

對(duì)比例4

采用釩電池結(jié)構(gòu)與實(shí)施例3的區(qū)別在于，不采用循環(huán)倉與放電倉結(jié)構(gòu)電池，采用純鈦板(ta0)作為負(fù)極板。用cad、solidworks等3d設(shè)計(jì)軟件對(duì)電池盒子進(jìn)行設(shè)計(jì)，放電倉的可用體積設(shè)計(jì)為195mm×60mm×10mm，不設(shè)計(jì)循環(huán)倉。在電池側(cè)面上部和側(cè)面下部設(shè)計(jì)液流管。啟動(dòng)3d打印機(jī)，將設(shè)計(jì)好的電池盒子打印出來，材質(zhì)使用pla，打印機(jī)噴頭溫度設(shè)定為225℃，打印機(jī)支撐平臺(tái)溫度設(shè)定為30℃。

同時(shí)，按照200mm×50mm×1mm的尺寸對(duì)鈦板(ta2)進(jìn)行切割，之后對(duì)鈦板(ta2)進(jìn)行鉆孔，孔的目數(shù)為5目；同時(shí)，按照200mm×50mm×1mm的尺寸對(duì)高純石墨板進(jìn)行切割，之后對(duì)高純石墨板進(jìn)行鉆孔，孔的目數(shù)為5目。將已鉆孔的鈦板放置于負(fù)極放電倉中，將已鉆孔的石墨板放置于正極放電倉中，將電池盒兩邊分別注入正極釩電池電解液和負(fù)極釩電池電解液各100ml。進(jìn)行充恒壓充電和恒流放電，充電電壓不高于1.75v，充電電流為1a，放電終止電壓設(shè)定為0.7v，放電電流設(shè)定為0.3a，測試得到放電容量為3.63ah，放電能量為4.39wh，電池雙邊電解液放電能量密度為21.96wh/l。

上述實(shí)施例測試環(huán)境：

電解液：總釩濃度為3.23mol/l；

3d打印機(jī)：深圳極光爾沃a8工業(yè)級(jí)大尺寸3d打印機(jī)、南京威布三維wiibooxtwo大尺寸3d打印機(jī)；

測試儀：1.上海灼智電子ebc-a05：電壓范圍：0-4.500v/4.50v-30.00v；電流范圍：0.1-5.000a；2.上海灼智電子ebc-x系列8通道電池測試儀(8-channelbatterytester)：0-4.500v/4.50v-30.00v；電流范圍：0.1-4.000a；支持對(duì)電池進(jìn)行最多10個(gè)工步、1000次以上循環(huán)測試；

測試軟件：eb測試系統(tǒng)軟件(上海灼智電子充放電儀軟件)；

測試溫度：25℃；

測試模式：恒壓充電，恒流放電；

電池隔膜：南京普能全氟離子膜gn-11x、北京金能世紀(jì)gec-10n全氟離子膜。

以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。