本發明專利技術屬于全釩液流電池技術領域，公開了一種保護離子交換膜的全釩液流電池結構。具體結構為在離子交換膜兩側覆有碳布電極，碳布電極另一面覆有碳氈電極，所述碳氈電極由碳氈電極縱向纖維和碳氈電極橫向纖維組成，所述碳布電極由碳布橫向纖維組成。碳氈電極與膜不直接接觸，碳布電極與膜直接接觸，碳氈電極與碳布電極接觸。有效避免了縱向的碳氈纖維與離子交換膜接觸，使用碳布電極與膜接觸時，提供了更多的反應位點，電化學反應速率得到進一步提升，也就是提高了電池轉化效率。也就是提高了電池轉化效率。
【技術實現步驟摘要】
一種保護離子交換膜的全釩液流電池結構
[0001]本專利技術屬于全釩液流電池
，具體涉及一種保護離子交換膜的全釩液流電池結構。
技術介紹
[0002]當今社會，隨著生活水平的提高，各種電子器件產品如手機、電腦、電視、電動汽車等高端設備不斷發展，極大的豐富了廣大用戶的生活。這些高科技產品的發展，對高品位能源(主要是電能)的需求日益強烈。
[0003]同時，煤炭、石油、天然氣等能源的日漸減少以及使用時引起的環境污染，使研究和發展大規模可再生能源成為首選。由于可再生能源(如風能、太陽能、潮汐能等)發電具有不穩定和不連續的特點，需要配套的儲能系統進行平衡才能保證其連續和平穩的使用。
[0004]儲能電池是儲能系統的心臟。在己有的儲能電池中，液流電池由于具有安全性好、功率大、使用壽命長、清潔環保等優點，是實現大規模儲能方案的最佳選擇。
[0005]全釩液流電池電堆一節堆疊式結構一般為：端板、進液板、集流板、雙極板、電極、隔膜、電極、雙極板、集流板、進液板、端板。多節堆疊式電堆的結構相應增加雙極板、電極、隔膜、電極、雙極板的組合即可。
[0006]其中的電極一般為碳氈電極，通過針織工藝將碳纖維織成碳氈，具有高孔隙率，高電導率，高比表面積等特點。再經過碳化和活化處理，進一步提高比表面積、增加活性，作為全釩液流電池電極材料被大范圍使用。
[0007]在目前的電堆結構下，為保證電堆性能，電堆電極的壓縮比通常被控制在10～20％，經過充放電循環后，電堆有概率發生內漏，導致電堆性能迅速降低，直至徹底損毀。內漏的原因大部分是因為離子交換膜被碳氈縱向纖維(如圖2)刺穿，導致正負極電解液接觸，也就是內漏，造成短路性能快速下降。
[0008]在現有全釩液流電池電堆的離子交換膜和碳氈電極的結構中，存在以下的缺陷和問題：
[0009]1.為保證電堆性能，電堆電極的壓縮比通常被控制在10～20％。此時碳氈纖維有概率將離子交換膜刺穿，造成內漏，導致電堆性能迅速下降，甚至導致電堆損毀；
[0010]2.如要避免碳氈纖維刺穿離子交換膜，可以通過降低碳氈電極的壓縮比的方式，將碳氈電極的壓縮比從10～20％降低到0％
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5％，減小碳氈纖維對膜的刺穿壓強，達到保護膜的目的。但此時，因為碳氈電極壓縮比過小，導致碳氈電極本體電阻過大，碳氈電極與雙極板接觸電阻過大，電堆性能下降10％以上，沒有利用價值；
[0011]3.為提高電堆性能，一種方式可以通過增加碳氈壓縮比來實現。當碳氈壓縮比增加至50％時，短時間內可以提升電堆性能3％
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5％。但碳氈電極纖維壓迫膜的力量因為壓縮比的提升，進一步加大，造成風險更大、頻率更多的內漏情況。
技術實現思路
[0012]為了克服現有技術的不足，本專利技術提供一種保護離子交換膜的全釩液流電池結構，有效避免了縱向的碳氈纖維與離子交換膜接觸，從而避免碳纖維將離子交換膜刺穿。
[0013]本專利技術的上述目的是通過以下技術方案實現的：一種保護離子交換膜的全釩液流電池結構，具體結構為在離子交換膜兩側覆有碳布電極，碳布電極另一面覆有碳氈電極，所述碳氈電極由碳氈電極縱向纖維和碳氈電極橫向纖維組成，所述碳布電極由碳布橫向纖維組成。
[0014]進一步的，所述碳布電極依次通過石墨化、活化預處理。
[0015]進一步的，所述碳布電極石墨化步驟為：隔絕氧氣的情況下對碳布電極進行程序升溫，以1
?
5℃/min的升溫速率升至1800
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2400℃，然后保溫1
?
5h。自然降溫至室溫。
[0016]進一步的，所述碳布電極活化步驟為：對碳布電極連續輸送臭氧、水蒸氣、空氣或二氧化碳，同時碳布電極進行程序升溫，以1
?
5℃/min的升溫速率升至400
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700℃，然后保溫1
?
10h，然后自然降溫至室溫。
[0017]進一步的，所述碳布電極與碳氈電極通過堆疊式、針織式、纏繞式中任意一種進行組裝。
[0018]進一步的，所述碳布電極與離子交換膜通過堆疊式進行組裝。
[0019]本專利技術與現有技術相比的有益效果是：
[0020]1、碳氈電極與膜不直接接觸，碳布電極與膜直接接觸，碳氈電極與碳布電極接觸。有效避免了縱向的碳氈纖維與離子交換膜接觸，從而避免碳纖維將離子交換膜刺穿；將電堆因為碳纖維刺穿離子交換膜的故障率從7％降低至0％；
[0021]2、增加碳布電極后，因為避免了縱向碳纖維與離子交換膜接觸，保護了離子交換膜，所以可以提高碳氈電極及碳布電極壓縮比至50％，進一步降低電極的本體電阻以及電極和雙極板間的接觸電阻，提高電堆性能3％
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5％；
[0022]3、碳布電極的纖維體密度要遠遠高于碳氈電極，通常是碳氈電極體密度的5
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50倍，而液流電池發生的電化學反應大部分是發生在電極和膜的界面處，所以使用碳布電極與膜接觸時，提供了更多的反應位點，電化學反應速率得到進一步提升，也就是提高了電池轉化效率。
附圖說明
[0023]下面結合附圖與具體實施方式對本專利技術作進一步說明
[0024]圖1是電池內部結構：碳氈電極+碳布電極+膜+碳布電極+碳氈電極示意圖；
[0025]圖2：碳氈電極截面結構示意圖；
[0026]圖3：碳布電極截面結構示意圖；
[0027]圖4：碳氈電極表面形態(SEM照片)；
[0028]圖5：碳布電極表面形態(SEM照片)；
[0029]圖6：對比例1,1000循環后離子交換膜表觀形態(SEM照片)；
[0030]圖7：實施例1,1000循環后離子交換膜表觀形態(SEM照片)；
[0031]圖8：對比例2,1000循環后離子交換膜表觀形態(SEM照片)；
[0032]圖9：實施例2,1000循環后離子交換膜表觀形態(SEM照片)；
[0033]圖10：實施例3,1000循環后離子交換膜表觀形態(SEM照片)；
[0034]圖中1.離子交換膜；2.碳布電極；3.碳氈電極；4.碳氈電極縱向纖維；5.碳氈電極橫向纖維；6.碳布橫向纖維；7.離子交換膜被碳氈纖維刺穿的空洞。
具體實施方式
[0035]下面通過具體實施例詳述本專利技術，但不限制本專利技術的保護范圍。如無特殊說明，本專利技術所采用的實驗方法均為常規方法，所用實驗器材、材料、試劑等均可從商業途徑獲得。
[0036]實施例1
[0037]將兩張已經過碳化和活化的0.5mm厚的碳布電極2分別放置于離子交換膜1與正負極的碳氈電極3之間，組裝成單電池，碳布電極2和碳氈電極3的壓縮比為20％。與對比例1的對比結果如表1，經過1000循環160mA/cm2恒流充放電測試后，電池性能無明顯下降；將電池拆解，離子交換膜1取出經電鏡分析表觀形貌，無明顯損壞。這說明碳布電極2可以很好的保護離子交換膜1不受碳氈本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種保護離子交換膜的全釩液流電池結構，其特征在于，具體結構為在離子交換膜(1)兩側覆有碳布電極(2)，碳布電極(2)另一面覆有碳氈電極(3)，所述碳氈電極(3)由碳氈電極縱向纖維(4)和碳氈電極橫向纖維(4)組成，所述碳布電極(2)由碳布橫向纖維(6)組成。2.根據權利要求1所述的保護離子交換膜的全釩液流電池結構，其特征在于，所述碳布電極(2)依次通過石墨化、活化預處理。3.根據權利要求2所述的保護離子交換膜的全釩液流電池結構，其特征在于，所述石墨化步驟為：隔絕氧氣的情況下對碳布電極(2)進行程序升溫，以1
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5℃/min的升溫速率升至1800
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2400℃，然后保溫1
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【專利技術屬性】
技術研發人員：王紫雪，江杉，劉盛林，王世宇，
申請(專利權)人：大連融科儲能技術發展有限公司，
類型：發明
國別省市：
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