专利名称：一种全钒氧化还原液流电池的复合电极的制作方法
技术领域：
一种全钒氧化还原液流电池的复合电极
技术领 域本实用新型属于全钒氧化还原液流电池领域，尤其涉及一种全钒氧化还原液流电 池的复合电极。
背景技术：
全钒氧化还原液流电池(VRB，简称为钒电池)是一种新型高效大容量电池。钒电 池的电极作为电池的关键部件之一，对电池的性能影响很大，因此要求其具有较好的电化 学活性和机械稳定性等性能，同时其电导率直接影响到电池的能量效率，因此要求其具有 较小的电阻。钒电池电极材料主要分为两类金属类电极(金、铅、钛、钛基钼和氧化铱等)和碳 材料类电极(碳布、石墨毡、碳纸等)。研究结果表明，金属类电极的成本高，长期使用后容易 发生钝化，降低电池性能，不适合大规模应用于钒电池。由于碳材料在硫酸溶液中的化学稳 定性，优良的导电性，以及在较宽的电位范围内表现为电化学惰性等，使其成为钒电池优先 考虑的电极材料。由于钒电池电极对力学强度和电解液不透过性的要求，碳材料需要与具 有一定机械强度、高导电性和对电解液不透过的集流板复合使用。可供选用的集流板包括 石墨板、金属板和导电塑料板等。在复合电极中，电极作为电化学反应的场所，而集流板主 要起收集电流和分隔正负极电解液的作用。现有技术中，电极是通过热压合于集流板上形成复合电极。热压合需要严格的工 艺条件控制，若压力过小，容易造成电极和集流板接触不良，而产生较大的接触电阻；若压 力过大，则造成结构上的损坏。因此出现了通过导电胶来粘接电极和集流板形成复合电极， 如图1所示，该复合电极包括电极1'、集流板2'和导电胶3'，但因为导电胶3'长时间 与电解液接触，电解液的流动、冲刷会导致导电胶3'粘接性能逐渐下降，集流板2'和电 极1'之间产生滑动位移，情况严重的时候会导致部分集流板2'和电极Γ无接触，从而 增大接触电阻。
发明内容本实用新型为解决钒电池长期使用后，集流板和电极之间产生滑动位移和接触电 阻增大的技术问题，提供一种能有效避免集流板和电极滑动，增大集流板和电极的接触面 积与紧密程度，有效降低接触电阻的复合电极。一种全钒氧化还原液流电池的复合电极，包括集流板、以及复合在集流板上的电 极，所述集流板相对电极的一面设有多个凹槽，所述电极相对集流板的一面设有多个凸脊， 所述凸脊嵌入所述凹槽将所述电极与集流板复合在一起，所述凸脊的嵌入部分与所述凹槽 对应。优选地，还包括导电胶，所述导电胶位于所述电极和所述集流板之间。优选地，所述导电胶的厚度为0. 1-0. 3mm。优选地，所述凸脊的高度大于所述凹槽的深度，在所述集流板与所述电极之间形成流道。优选地 ，所述凸脊的高度与所述凹槽的深度的差值在0. 5-lmm之间。优选地，所述凹槽或凸脊的截面形状为梯形、弧形或矩形。优选地，所述凹槽的截面形状为矩形，凹槽的深度为l_3mm，凹槽的宽度为3_4mm， 相邻凹槽的间距为3-4mm。优选地，所述凸脊的截面形状为矩形，凸脊的高度为2-4mm，凸脊的宽度为3-4mm， 相邻凸脊的间距为3-4mm。优选地，所述集流板为石墨板，所述电极为石墨毡。优选地，所述集流板的厚度为5-10mm，所述电极的厚度为6-lOmm。本实用新型提供的全钒氧化还原液流电池的复合电极采用复合结构，将集流板和 电极上分别设置凹槽和凸脊，然后镶嵌在一起，增大了集流板和电极的接触面积与紧密程 度，接触电阻减小；长期使用后，两者不会产生滑动位移，从而接触电阻不会增大。
图1是现有技术提供的复合电极剖视图。图2是本实用新型提供的集流体示意图。图3是本实用新型提供的电极示意图。图4是本实用新型提供的复合电极剖视图。
具体实施方式
为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下 结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施 例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。请参阅图2-4，本实用新型提供一种全钒氧化还原液流电池的复合电极，包括集流 板2、以及复合在集流板2上的电极1。所述集流板2相对电极1的一面设有多个凹槽21， 所述电极1相对集流板2的一面设有多个凸脊11，所述凸脊11嵌入所述凹槽21将所述电 极1与集流板2复合在一起，所述凸脊11的嵌入部分与所述凹槽21对应。为了增加电极1与集流板2连接的牢固程度，可以通过热压或涂覆胶水的方式使 两者复合。优选将导电胶3涂覆于凹槽21的底部，涂覆厚度为0. 4-0. 6mm,固化后的厚度为 0. 1-0. 3mm。如图4所示，凹槽21或凸脊11的截面形状矩形。当然也可以为其他形状，如梯形 或弧形，图5示出的是凹槽21或凸脊11的截面形状为梯形。如图2，集流板2可采用石墨板、金属板或导电塑料板等导电材料，优选为石墨板。 集流板2的厚度为5-10mm，凹槽21的深度为l_3mm，凹槽21的宽度为3_4mm，相邻凹槽的间 距 D2 为 3-4mm。如图3，电极1可采用碳材料，优选为石墨毡，其中含碳量应大于99. 8%，石墨化 温度应大于2000°。电极1的厚度为6-10mm，凸脊11的高度为2-4mm，凸脊11的宽度为 3-4mm，相邻凸脊的间距Dl为3_4mm。优选凸脊11的高度大于凹槽21的深度，其差值为0. 5-lmm，优选为0. 5mm。这样电极1和集流板2在复合后，之间会保留一定高度的流道4。用于钒电池时，在电极1靠近电解液的一侧表面，电解液流动速度很快，因此不存在浓差极化，但是在电极1的内部，电 解液的流动速度很慢，远不如表层，所以电解液在集流板2流场中流动不顺畅，整个流场出 现无电解液流经的“死角”，电池浓差极化大。而流道4则可以让电解液流动更顺畅，降低浓 差极化。实施例本实施例的全钒氧化还原液流电池的复合电极的制备方法为a、将电极1和集流板2刻槽；准备面积为625cm2、厚度为6mm的石墨毡作为电极 1，在石墨毡上刻槽从而形成凸脊11，凸脊11的截面为矩形，其中凸脊11的高度为2. 5mm, 凸脊11的宽度为4mm，相邻凸脊的间距为4mm。准备面积为729cm2、厚度为5mm的石墨板作 为集流板2，在石墨板上刻槽从而形成凹槽21，凹槽21的截面为矩形，其中凹槽21的深度 为2mm，凹槽21的宽度为4mm，相邻凹槽的间距为4mm ；b、准备导电胶3 ；称取环氧树脂100质量份，三乙醇胺14质量份，导电碳黑40质 量份，其中导电碳黑的粒度为5 μ m。以丙酮为溶剂将上述材料在研钵中进行充分研磨混合， 制成导电胶3;C、复合电极1和集流板2 ；将导电胶3涂覆在集流板2的凹槽21的底部，涂覆厚 度为0. 5mm，将电极1的凸脊11嵌入集流板2的凹槽21进行粘接，然后在100°C下固化4h。 固化后，电极1和集流板2之间留有通道4。将制备好的复合电极做成电池，国产PE-Ol离子交换膜作为隔膜，正极电解液为 1. 5mol/L的+5价钒离子溶液，负极电解液为1. 5mol/L的+2价钒离子溶液。电池堆为10 个单体电池串联。前50次循环充放电的平均能力效率为80. 26%，电池平均电阻为32πιΩ。对比例对比例制备复合电极的方法与实施例相同，不同之处在于电极和集流板不设置凸 脊和凹槽而直接通过导电胶粘接。前50次循环充放电的平均能力效率为70. 03%,电池平均电阻为73πιΩ。由实施例和对比例可以看出，采用本实施例的复合电极制成的钒电池其平均电阻 减小，平均能力效率增大。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本 实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型 的保护范围之内。
权利要求1.一种全钒氧化还原液流电池的复合电极，包括集流板(2)、以及复合在集流板上的 电极(1)，其特征在于所述集流板相对电极的一面设有多个凹槽(21)，所述电极相对集流 板的一面设有多个凸脊(11)，所述凸脊嵌入所述凹槽将所述电极与集流板复合在一起，所 述凸脊的嵌入部分与所述凹槽对应。
2.如权利要求1所述的全钒氧化还原液流电池的复合电极，其特征在于还包括导电 胶(3 )，所述导电胶位于所述电极和所述集流板之间。
3.如权利要求2所述的全钒氧化还原液流电池的复合电极，其特征在于所述导电胶 (3)的厚度为 0. 1-0. 3mm。
4.如权利要求1所述的全钒氧化还原液流电池的复合电极，其特征在于所述凸脊 (11)的高度大于所述凹槽(21)的深度，在所述集流板与所述电极之间形成流道(4)。
5.如权利要求4所述的全钒氧化还原液流电池的复合电极，其特征在于所述凸脊 (11)的高度与所述凹槽(21)的深度的差值在0. 5-lmm之间。
6.如权利要求1所述的全钒氧化还原液流电池的复合电极，其特征在于所述凹槽 (21)或凸脊(11)的截面形状为梯形、弧形或矩形。
7.如权利要求6所述的全钒氧化还原液流电池的复合电极，其特征在于所述凹槽 (21)的截面形状为矩形，凹 槽的深度为l_3mm，凹槽的宽度为3_4mm，相邻凹槽的间距为 3_4mmο
8.如权利要求6所述的全钒氧化还原液流电池的复合电极，其特征在于所述凸脊 (11)的截面形状为矩形，凸脊的高度为2-4mm，凸脊的宽度为3_4mm，相邻凸脊的间距为 3_4mmο
9.如权利要求1所述的全钒氧化还原液流电池的复合电极，其特征在于所述集流板 (2)为石墨板，所述电极(1)为石墨毡。
10.如权利要求1或9所述的全钒氧化还原液流电池的复合电极，其特征在于所述集 流板(2)的厚度为5-10mm，所述电极(1)的厚度为6-lOmm。
专利摘要本实用新型提供了一种全钒氧化还原液流电池的复合电极，包括集流板(2)、以及复合在集流板上的电极(1)，所述集流板相对电极的一面设有多个凹槽(21)，所述电极相对集流板的一面设有多个凸脊(11)，所述凸脊嵌入所述凹槽将所述电极与集流板复合在一起，所述凸脊的嵌入部分与所述凹槽对应。本实用新型的有益效果是集流板和电极上分别设置的凹槽和凸脊，镶嵌在一起后，增大了集流板和电极的接触面积与紧密程度，接触电阻减小；长期使用后，两者不会产生滑动位移，从而接触电阻不会增大。
文档编号H01M4/86GK201838659SQ20102058109
公开日2011年5月18日 申请日期2010年10月28日 优先权日2010年10月28日
发明者王成 申请人:比亚迪股份有限公司