一種液流電池電堆制造技術(shù)

一種液流電池電堆，電堆由兩節(jié)或兩節(jié)以上單電池組成,單電池包括按順序依次疊合的雙極板、電極框、密封墊、電極、膜、電極、密封墊、電極框、雙極板，其中雙極板為導(dǎo)電橡膠材料，電極框與雙極板直接接觸貼合密封，電極框與雙極板之間無需放置密封墊。與現(xiàn)有液流電池中使用導(dǎo)電塑料作為雙極板相比，由于導(dǎo)電橡膠材料具有密封功能，可省掉電極與雙極板間的密封墊，從而簡化了電池結(jié)構(gòu)，節(jié)省了密封部件，可降低液流儲能電池的密封成本。

Liquid flow battery stack

A liquid flow cell stack, the stack is composed of two or more than two single cell, single cell including a bipolar plate, sequentially laminated electrode frame, gasket, electrode, membrane, electrode, gasket, electrode frame, bipolar plate, the bipolar plate is a conductive rubber material, electrode and bipolar box in direct contact with the seal, without placing gasket between the electrode and bipolar plate frame. With the existing flow battery used in conductive plastics as compared to bipolar plate, the conductive rubber has a sealing function, can save the gasket between the electrode and bipolar plate, thus simplifying the battery structure, saving the sealing parts, can reduce the cost of the sealing liquid flow battery.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種液流電池電堆
本專利技術(shù)涉及化學(xué)儲能技術(shù)中的液流儲能電池領(lǐng)域，特別涉及全釩液流儲能電池。
技術(shù)介紹
全釩液流儲能電池因其具有輸出功率和容量相互獨(dú)立，系統(tǒng)設(shè)計靈活；能量效率高，壽命長，運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性高，自放電低；選址自由度大，無污染、維護(hù)簡單，運(yùn)營成本低，安全性高等優(yōu)點(diǎn)，在規(guī)模儲能方面具有廣闊的發(fā)展前景，被認(rèn)為是解決太陽能、風(fēng)能等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)隨機(jī)性和間歇性非穩(wěn)態(tài)特征的有效方法，在可再生能源發(fā)電和智能電網(wǎng)建設(shè)中有著重大需求。全釩液流儲能電池主要由電堆、電解質(zhì)溶液、電解質(zhì)溶液儲供體系、電池管理體系、充放電體系、儲能監(jiān)控體系等部分組成，電堆是液流電池儲能系統(tǒng)的核心，電堆一般是由十?dāng)?shù)節(jié)或者數(shù)十節(jié)單電池以特定要求，按壓濾機(jī)的形式疊合而成。全釩液流電池單電池是組裝電堆的最基本單元。如圖1所示，在單電池的中央是一張用于分隔正負(fù)極電解質(zhì)溶液，傳導(dǎo)質(zhì)子(離子)形成電流回路的離子交換膜。在此隔膜的兩側(cè)對稱的配置有電極、電極框、密封墊、雙極板、集流板、絕緣板、端板及螺桿、螺帽等。目前的雙極板材料多為碳塑復(fù)合材料，僅起實(shí)現(xiàn)單電池之間的聯(lián)結(jié)，隔離相鄰單電池間的電解質(zhì)溶液，同時收集雙極板兩側(cè)電極反應(yīng)所產(chǎn)生的電流的作用，自身無密封功能。為保證密封，電極框兩側(cè)與雙極板和離子交換膜接觸處均需配置有密封墊，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜，密封成本較高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為解決上述問題，本專利技術(shù)使用導(dǎo)電橡膠材料作為雙極板，如圖2所示，利用導(dǎo)電橡膠材料自身具有的密封功能，在電極框4與雙極板2之間無需放置密封墊3。與現(xiàn)有技術(shù)(圖1)相比，單節(jié)電池中密封墊的使用數(shù)量從4片降低到2片，從而大幅度降低了液流儲能電池的密封成本。此外，由于密封墊的減少，電池厚度也相應(yīng)減小，電池的重量和體積也相應(yīng)降低，能量密度有所提高。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用的具體技術(shù)方案如下：本專利技術(shù)提供一種液流電池電堆，由兩節(jié)或兩節(jié)以上單電池組成,單電池包括按順序依次疊合的雙極板、電極框、密封墊、電極、膜、電極、密封墊、電極框、雙極板，雙極板為導(dǎo)電橡膠材料，電極框與雙極板直接接觸貼合密封，電極框與雙極板之間無需放置密封墊。所述導(dǎo)電橡膠材料的電導(dǎo)率不低于5S/cm，優(yōu)選地，為10～1000S/cm。所述導(dǎo)電橡膠材料由導(dǎo)電填料和橡膠組分組成，兩者質(zhì)量比為1/1～4/1，優(yōu)選地，為3/2～3/1。考慮到液流儲能電池的電解液多為強(qiáng)酸或強(qiáng)堿性電解液，所述導(dǎo)電橡膠材料中的導(dǎo)電填料為碳素類導(dǎo)電填料，如石墨粉、碳黑和碳纖維中的一種或兩種以上，優(yōu)選地，為具有高石墨化度的碳素類導(dǎo)電填料，石墨化度為60～99％。所述導(dǎo)電橡膠材料中的橡膠組分為能耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿的橡膠，如氟橡膠、三元乙丙橡膠和聚烯烴彈性體中的一種或兩種以上。本專利技術(shù)電堆可以推廣應(yīng)用到鋅溴液流電池、多硫化鈉溴液流電池和鋅鎳液流電池等液流儲能電池中。本專利技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)采用本專利技術(shù)的電堆，單節(jié)電池中密封墊的使用數(shù)量從4片降低到2片，從而大幅度降低了液流儲能電池的密封成本。(2)采用本專利技術(shù)的電堆，由于密封墊數(shù)量的減少，電池厚度也相應(yīng)減小，電池的重量和體積也相應(yīng)降低，能量密度有所提高。(3)本專利技術(shù)的液流電池電堆較原結(jié)構(gòu)減少了部件數(shù)量，易于操作組裝，且密封材料用量減少，具有商業(yè)化推廣應(yīng)用價值。附圖說明圖1是現(xiàn)有技術(shù)中液流電池電堆的單電池結(jié)構(gòu)示意圖；其中：1電池端板；2雙極板；3密封墊；4電極框；5多孔電極；6離子交換膜圖2是本專利技術(shù)液流儲能電池的單電池結(jié)構(gòu)示意圖。其中：1電池端板；2雙極板；3密封墊；4電極框；5多孔電極；6離子交換膜具體實(shí)施方式下面通過具體實(shí)施例詳述本專利技術(shù)。實(shí)施例1選取電導(dǎo)率為20S/cm的導(dǎo)電氟橡膠板作為雙極板，其中，導(dǎo)電填料為石墨粉，石墨化度為97％，質(zhì)量比為60％；橡膠組分為氟橡膠，質(zhì)量比為40％。按照圖2所示的結(jié)構(gòu)組裝成全釩液流儲能單電池，其中電極框4為3mm厚，電極5為5mm厚的碳?xì)郑芊鈮|3為0.5mm厚的氟橡膠。如表1所示，采用本專利技術(shù)的全釩液流單電池，電流密度為80mA/cm2時，電壓效率和能量效率分別為88.2％和83.7％，較比較例中的電池效率有所提高。對比例按照圖1所示的結(jié)構(gòu)組裝成全釩液流儲能單電池，其中，選取電導(dǎo)率為20S/cm的導(dǎo)電塑料板作為雙極板，電極框4為3mm厚，電極5為5mm厚的碳?xì)郑芊鈮|3為0.5mm厚的氟橡膠。如表1所示，電流密度為80mA/cm2時，電壓效率和能量效率分別為87.2％和83.2％。實(shí)施例2選取電導(dǎo)率為10S/cm的導(dǎo)電三元乙丙橡膠板作為雙極板，其中，導(dǎo)電填料為碳黑，石墨化度為60％，質(zhì)量比為30％；橡膠組分為三元乙丙橡膠，質(zhì)量比為70％。按照圖2所示的結(jié)構(gòu)組裝成全釩液流儲能單電池，其中電極框4為3mm厚，電極5為5mm厚的碳?xì)郑芊鈮|3為0.5mm厚的氟橡膠。如表1所示，采用本專利技術(shù)的全釩液流單電池，電流密度為80mA/cm2時，電壓效率和能量效率分別為87.6％和84.1％，較比較例中的電池效率有所提高。實(shí)施例3選取電導(dǎo)率為50S/cm的導(dǎo)電聚烯烴彈性體板作為雙極板，其中，導(dǎo)電填料為石墨粉和碳黑，質(zhì)量比分別為40％和20％；聚合物基體組分為聚烯烴彈性體，質(zhì)量比為40％。按照圖2所示的結(jié)構(gòu)組裝成全釩液流儲能單電池，其中電極框4為3mm厚，電極5為5mm厚的碳?xì)郑芊鈮|3為0.5mm厚的氟橡膠。如表1所示，采用本專利技術(shù)的全釩液流單電池，電流密度為80mA/cm2時，電壓效率和能量效率分別為88.9％和84.6％，較比較例中的電池效率有所提高。表1采用本專利技術(shù)電池結(jié)構(gòu)時全釩液流儲能單電池在不同電流密度下的電池效率與現(xiàn)有液流電池中使用導(dǎo)電塑料作為雙極板相比，由于導(dǎo)電橡膠材料具有密封功能，可省掉電極與雙極板間的密封墊，從而簡化了電池結(jié)構(gòu)，節(jié)省了密封部件，可降低液流儲能電池的密封成本。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種液流電池電堆，其特征在于：電堆由兩節(jié)或兩節(jié)以上單電池組成,單電池包括按順序依次疊合的雙極板、電極框、密封墊、電極、膜、電極、密封墊、電極框、雙極板，其中雙極板為導(dǎo)電橡膠材料，電極框與雙極板直接接觸貼合密封，電極框與雙極板之間無需放置密封墊。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種液流電池電堆，其特征在于：電堆由兩節(jié)或兩節(jié)以上單電池組成,單電池包括按順序依次疊合的雙極板、電極框、密封墊、電極、膜、電極、密封墊、電極框、雙極板，其中雙極板為導(dǎo)電橡膠材料，電極框與雙極板直接接觸貼合密封，電極框與雙極板之間無需放置密封墊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述電堆，其特征在于：所述導(dǎo)電橡膠材料的電導(dǎo)率不低于5S/cm，優(yōu)選地，為10～1000S/cm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述電堆，其特征在于：所述導(dǎo)電橡膠材料由導(dǎo)電填料和橡膠組分組成，兩者質(zhì)量比為1/1～4/...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉濤，張華民，李先鋒，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：遼寧,21