用于液流电池的石墨毡结构体以及使用其的液流电池的制作方法

本发明属于液流电池设备领域，具体而言，本发明涉及用于液流电池的石墨毡结构体以及使用其的液流电池。

背景技术：

液流电池技术有大规模储能的天然优势：储电量的大小与电解液体积成线性正比，充放电功率由电堆尺寸及数量决定，所以能按照需求，设计出从kw到mw级别不同的充放电功率，可持续放电1小时到数天的不同储能体量的液流电池。

液流电池电堆内部一个很重要的组成部件，即石墨毡。通常的液流电池石墨毡组装，是整张石墨毡与隔膜，石墨双极板一起依次叠加，组装时整体加压。在保证密封的同时，对石墨毡进行压缩，从而降低石墨毡与石墨双极板之间的接触电阻，提高能量转换效率。

这种技术的主要缺点如下：1.为了保证密封性，降低接触电阻，有可能对石墨毡进行过度压缩。从而导致液体电解液在电堆内部流速降低，大大增加电解液在电堆中过度充电的可能性，致使电堆由于过充而阻塞，最终报废。2.由于电堆中的组件都是柔性材料，这样很难保证电堆数十个甚至上百个单电池的每一个电毡压缩率是相同的。如果有少数电毡压缩过高，则相应的单电池必然会出现过度充电的现象，最终结果必然是电堆失效。3.另一方面，过度压缩石墨毡，会令电堆内部长时间压力过大。密封部件在内部高压的条件下，材料逐渐失效，电堆出现漏液情况。而且电解液阻力过高，使电解液泵超负荷运行，寿命大大降低。反之，如果石墨毡压缩不够，会导致接触电阻增加，电池的能量转换效率下降。

引用文献1公开了一种复合型碳毡流道。包括电解液流道，并设置在双极板上，所述电解液流道包括平直并联进口流道、平直并联出口流道以及若干个蛇形支流流道，所述若干个蛇形支流流道依次设置在平直并联进口流道和平直并联出口流道之间，且每个蛇形支流流道的进口分别与平直并联进口流道相连通，每个蛇形支流流道的出口分别与平直并联出口流道相连通，所述平直并联进口流道的进口位置方向位于平直并联出口流道的出口位置方向反向侧。其技术构思在于电解液的导流，没有涉及对安装时由于石墨毡压缩而导致的问题。

引用文献2公开了一种便于全钒液流电池中组装石墨毡的安装结构，包括石墨毡与液流框，所述石墨毡上设有便于安装的安装台，所述液流框上设有与安装台配合使用的安装口。该文献也不涉及对安装时由于石墨毡压缩而导致的问题的研究。

因此，如何在保证降低接触电阻的同时，保持电解液较低的阻力，降低电堆内压，是现有石墨毡压缩方法下，很难同时兼顾的一个关键问题。

引用文献1cn206758557u

引用文献2cn206516703u

技术实现要素：

发明要解决的问题

本发明针对上述现有技术中的不足，目的在于提供一种用于液流电池的石墨毡结构体以及使用其的液流电池，其能够降低接触电阻，提高电池转换效率，与此同时，在组装时能够降低电堆内部压力，确保密封性，同时保证电解液流速，避免电池因过充而报废，从而延长电堆寿命。

用于解决问题的方案

本发明为实现上述目的所采用的技术方案如下。

本发明首先提供了一种用于液流电池的石墨毡结构体，其特征在于，在平面方向包含：第一部分，其由石墨毡材料构成，以及，第二部分，其由石墨毡和/或除石墨毡之外的材料构成，

所述第二部分在所述平面方向上具有两条以上的对称轴，所述对称轴经过所述石墨毡结构体在所述平面方向上的中心，

所述石墨毡结构体满足如下的条件(1)和(2)中的至少一者：

条件(1)：第二部分的压缩模量大于第一部分的压缩模量；

条件(2)：第二部分的厚度大于第一部分的厚度。

根据以上所述的石墨毡结构体，

根据以上所述的石墨毡结构体，在包含多个第二部分的情况下，该多个第二部分中的每一个分别满足所述条件(1)和(2)中的至少一者。

根据以上任一项所述的石墨毡结构体，在条件(1)中，所述压缩模量在第二部分与第一部分之间具有连续的梯度变化或者不连续的梯度变化，

在条件(2)中，所述厚度在第二部分与第一部分之间具有连续的梯度变化或者不连续的梯度变化。

根据以上任一项所述的石墨毡结构体，所述除石墨毡之外的材料为聚合物、碳材料、或它们的组合。

根据以上任一项所述的石墨毡结构体，第二部分由石墨毡构成，满足如下的条件(3)或(4)：

条件(3)：第二部分的石墨毡的厚度与第一部分的石墨毡的厚度相同，并且，第二部分的石墨毡的体积密度大于第一部分的石墨毡的体积密度；

条件(4)：第二部分的石墨毡的体积密度与第一部分的石墨毡的体积密度相同，并且，第二部分的石墨毡的厚度大于第一部分的石墨毡的厚度。

根据以上任一项所述的石墨毡结构体，在所述石墨毡结构体经过压缩而组装到液流电池中的状态下，第一部分的石墨毡的体积密度处于0.08-0.3g/cm³的范围。

根据以上任一项所述的石墨毡结构体，在所述石墨毡结构体经过压缩而组装到液流电池中的状态下，第一部分的石墨毡的体积密度处于0.08-0.3g/cm³的范围。

根据以上任一项所述的石墨毡结构体，在所述石墨毡结构体经过压缩而组装到液流电池中的状态下，第一部分的石墨毡的压缩量为0-40％。

根据以上任一项所述的石墨毡结构体，在平面方向，所述第一部分面积占所述石墨毡结构体的总面积的60％以上。

根据以上任一项所述的石墨毡结构体，所述石墨毡结构体是通过将多个石墨毡进行拼接或层叠而得到的，或者是通过将至少一个石墨毡以及至少一个除石墨毡之外的材料进行拼接或层叠而得到的。

进一步，本发明还提供了一种液流电池，其使用如以上任一项所述的石墨毡结构体而制成。

发明的效果

根据本发明的用于液流电池的石墨毡结构体以及使用其的液流电池，能够降低接触电阻，提高电池转换效率，与此同时，降低电堆内部压力，确保密封性，同时保证电解液流速，避免电池因局部过充而报废，从而延长电堆寿命。

附图说明

图1为示出本发明的石墨毡的构成的一个例子的俯视图。

图2为示出本发明的石墨毡的构成的一个例子的侧视图。

图3为示出本发明的石墨毡的构成的一个例子的侧视图。

图4为示出本发明的石墨毡的构成的一个例子的侧视图。

图5为示出本发明的石墨毡的构成的一个例子的侧视图。

附图标记说明

1第一部分

2第二部分

具体实施方式

下面说明本发明的具体实施方式。需要说明的是，以下内容可以看作对本发明各种实施方式的具体列举或解释，但不应看作对本发明实施方案的限制。

本发明首先提供了一种用于液流电池的石墨毡结构体，其在平面方向包含压缩模量和/或厚度彼此不同的第一部分和第二部分。

本发明所涉及的石墨毡材料为碳毡在真空或惰性气氛下经2000℃以上高温处理后而得到，含碳量比碳毡高，达99％以上。石墨毡因选用原毡的不同分为沥青基、聚丙烯腈基石墨毡和黏胶基石墨毡三种。相对于现有石墨毡通常具有的均一结构，本发明的石墨毡结构体在平面方向包含压缩模量不同和/或厚度不同的第一部分和第二部分。显然，与现有的石墨毡在平面方向上具有均匀的物质结构的情况不同。发明人发现，原本认为上述均匀物质结构的石墨毡具有能够易于组装且能够在装配时避免石墨毡层叠体内部阻力分布不均匀性，防止液流电池效率降低的性能。但实际情况并不尽如人意。发明人推测这种情况是由均匀物质结构的石墨毡本身受压情况所决定的：压缩过大，会造成电堆整体内压过大，电解液流速降低，局部容易产生局部过充现象，导致电堆报废；压缩过小，会造成石墨毡和双极板之间接触电阻过大，降低电池的能量转换效率。石墨毡的均匀物质结构在这种情况下，很难同时满足保证电解液流速良好和降低接触电阻这两个目的。依据本发明的技术方案中，由于压缩模量和/或厚度较大的第二部分的存在使得电堆内石墨毡层叠时总体压力变小，并且依然能够保证较低的接触电阻及良好的电解液流速，因此提高了液流电池的效率。

具体而言，本发明的所述石墨毡结构体的特征在于，在平面方向包含：第一部分，其由石墨毡材料构成，以及，第二部分，其由石墨毡和/或除石墨毡之外的材料构成，

所述第二部分在所述平面方向上具有两条以上的对称轴，所述对称轴经过所述石墨毡结构体在所述平面方向上的中心，

所述石墨毡结构体满足如下的条件(1)和(2)中的至少一者：

条件(1)：第二部分的压缩模量大于第一部分的压缩模量；

条件(2)：第二部分的厚度大于第一部分的厚度。

本发明所述的石墨毡结构体中，第一部分和第二部分分别可以包含一个或多个。在包含多个第一部分和/或第二部分的情况下，至少一个第一部分和至少一个第二部分满足上述条件(1)和(2)中的至少一者即可。

本申请中，所谓“所述第二部分在所述平面方向上具有两条以上的对称轴，所述对称轴经过所述石墨毡结构体在所述平面方向上的中心”，在第二部分为一个的情况下是指，第二部分在平面方向上的投影的形状相对于经过石墨毡结构体在平面方向上的中心的至少两条直线轴对称；在第二部分为多个的情况下是指，多个第二部分在平面方向上的投影的分布相对于经过石墨毡结构体在平面方向上的中心的至少两条直线轴对称。

需要说明的是，在第二部分在平面方向上的投影的形状或分布呈现无规则结构、或者s形或蛇形等不满足本申请的结构的情况下，电解液在电堆流动的阻力局部或整体增大，对液流循环泵有着不切实际的要求，而且，在液流电池工作时，倘若在第一部分与第二部分的相对位置发生即使很小的变化，也会影响电解液的阻力，导致单电池之间流量发生区别，直接导致某些单电池过充损毁，最终整个电堆失效。

在本发明的一些优选的实施方案中，包含多个第二部分，此时进一步优选该多个第二部分中的每一个分别满足上述条件(1)和(2)中的至少一者。

在本发明的一些实施方式中，多个第二部分可以彼此互不接触。此时优选的是，该多个第二部分均位于石墨毡结构体的内部(即除了周缘部之外的区域)，换言之，石墨毡结构体的周缘部仅由第一部分构成。在该情况下，从制备的操作性出发，进一步优选该多个第二部分与石墨毡结构体的的周缘部相距至少0.5cm。

在本发明一些优选实施方式中，所述第二部分存在多个，且多个第二部分在平面方向上形成规则的图案，更优选的是，多个第二部分以彼此相同的平面形状和/或材料构成，最优选的是，多个第二部分以彼此相同的平面形状和材料构成。此处，“平面形状”是指在平面方向上的投影形状。通过如上所述地配置第二部分，石墨毡在组装到液流电池中的状态下、在平面方向具有优异的均匀性，能够更加均衡地兼顾维持电解液流速和降低接触电阻。进而，这样的结构能够为加工性上提供便利的同时，也能够在组装石墨毡层叠体时使得各个第二部分在受压缩状态上呈现更为均一化。

需要说明的是，在上述条件(1)中，只要第二部分的压缩模量大于第一部分的压缩模量，就没有特别限定。所述压缩模量在第二部分与第一部分之间可以具有连续的梯度变化或者不连续的梯度变化，对该梯度的大小没有特别限制，在不影响本申请效果的范围内适当选择即可。

上述“压缩模量”指的是，石墨毡结构体在其厚度方向上的压缩模量，是指石墨毡结构体在其厚度方向上受到压缩应力时该压缩应力除以厚度方向上产生的弹性变形量而得到的值。其测定方法为：室温条件下，利用instron设备，在应力为0的情况下先测得石墨毡的原始厚度h0；在施加应力p1的情况下测得石墨毡的实际厚度h1；利用公式e＝p1*h0/(h0-h1)得到石墨毡的压缩模量。

优选的是，第二部分的压缩模量与第一部分的压缩模量之比为(1-10)：1，更优选为(2-7)：1。通常，第一部分的压缩模量、换言之构成第一部分的石墨毡材料的压缩模量为10-1000pa，优选为10-500pa。

另外需要说明的是，在条件(2)中，只要第二部分的厚度大于第一部分的厚度，就没有特别限定。所述厚度可以在第二部分与第一部分之间具有连续的梯度变化或者不连续的梯度变化，对该梯度的大小没有特别限制，在不影响本申请效果的范围内适当选择即可。第二部分的厚度与第一部分的厚度之比优选为4:3～2:1。

本发明的石墨毡结构体通过采用如上所述的条件(1)的构成，从而在之后的电堆组装过程中，利用压缩模量大的第二部分对抗压缩力，使得第一部分不会被过度压缩，确保了电堆内部整体压力较小，保证了电解液流速；与此同时，压缩模量大的第二部分具有相对更优异的导电性，可以有效的降低接触电阻，从而提高电池的能量转换效率。

本发明的石墨毡结构体通过采用如上所述的条件(2)的构成，从而在之后的电堆组装过程中，自厚度厚的第二部分的上部起受到压缩，在第一部分处受压缩比例较小，确保了电堆内部整体压力较小，保证了电解液流速；与此同时，厚度厚的第二部分受压缩比例较大，在压缩后密度增加，可以有效的降低接触电阻，从而提高电池的能量转换效率。

在本发明的一些实施方案中，第二部分由石墨毡和/或除石墨毡之外的材料构成。此处，除石墨毡之外的材料(在本说明书中也称为其他材料)可以为聚合物、碳材料、或它们的组合，只要是导电多孔耐腐蚀材料就没有特别限定，可以根据需要选择与液流电池的其他构成要素具有相容性的材料。作为聚合物，可列举出：聚吡咯、聚苯硫醚、聚酞菁类、聚苯胺、聚噻吩等导电高分子材料、银填充硅橡胶、石墨填充硅橡胶等导电橡胶等。作为碳材料，可列举出石墨粉、鳞片石墨、膨胀石墨等石墨毡形态以外的石墨、核壳结构纳米碳、三维有序大孔碳、活性碳纤维、石墨烯、碳纳米管、碳纳米角及它们彼此的组合、以及碳纤维布、炭砖等以它们为主要成分的成形体等。

在本发明的一些优选的实施方案中，优选第二部分由石墨毡构成，并且满足如下的条件(3)或(4)：

条件(3)：第二部分的石墨毡的厚度与第一部分的石墨毡的厚度相同，并且，第二部分的石墨毡的体积密度大于第一部分的石墨毡的体积密度；

条件(4)：第二部分的石墨毡的体积密度与第一部分的石墨毡的体积密度相同，并且，第二部分的石墨毡的厚度大于第一部分的石墨毡的厚度。

上述条件(3)中，在第二部分的石墨毡的厚度与第一部分的石墨毡的厚度相同的情况下，通过规定第二部分的石墨毡的体积密度大于第一部分的石墨毡的体积密度，从而在之后的电堆组装过程中，通过体积密度小的第一部分而实现高的电解液流速，通过体积密度大的第二部分而实现低电阻，提高电池的能量转换效率。

上述条件(4)中，在第二部分的石墨毡的体积密度与第一部分的石墨毡的体积密度相同的情况下，通过规定第二部分的石墨毡的厚度大于第一部分的石墨毡的厚度，从而在之后的电堆组装过程中，第二部分被压缩的程度大于第一部分，使得第二部分的石墨毡的体积密度变得大于第一部分的石墨毡的体积密度。由此通过体积密度小的第一部分而实现高的电解液流速，通过体积密度大的第二部分而实现低电阻，提高电池的能量转换效率。

在本发明的一些优选的实施方案中，在本发明所述的石墨毡结构体经过压缩而组装到液流电池中的状态下，第一部分的石墨毡的体积密度优选处于0.06-0.08g/cm³的范围，进而，在第二部分由石墨毡组成的情况下其体积密度优选为0.06-0.11g/cm³的范围。

在本发明的另一些优选的实施方案中，在本发明所述的石墨毡结构体经过压缩而组装到液流电池中的状态下，第一部分的石墨毡的孔隙率处于10-50％的范围，进而，在第二部分由石墨毡组成的情况下其孔隙率优选处于5-25％的范围。

在本发明的另一些优选的实施方案中，在本发明所述的石墨毡结构体经过压缩而组装到液流电池中的状态下，第一部分的石墨毡的压缩量优选为0-40％。在上述条件(4)中，优选的是，第一部分的石墨毡的压缩量为2-30％、且第二部分的石墨毡的压缩量为5-50％。

在本发明的另一些优选的实施方案中，本发明所述的石墨毡结构体中，在平面方向，所述第一部分面积优选占所述石墨毡结构体的总面积的60％以上、更优选为70％以上、进一步优选为80％以上，作为上限，可以为95％、优选为90％。通过如此规定第一部分面积占所述石墨毡结构体的总面积的比例，能够更加均衡地兼顾维持电解液流速和降低接触电阻。

本发明的石墨毡结构体只要满足如上所述的构成的即可，其具体形态没有特别限定，可以根据所应用的液流电池的所需性能，通过具体加工、实验和计算模型模拟结果来设计。

在本发明一些优选的实施方案中，从操作性以及加工性的观点出发，优选所述第一部分和/或所述第二部分的至少一个表面为平面，更优选所述第一部分和/或所述第二部分的表面均为平面。此处所说的“平面”尤其优选为垂直于石墨毡结构体厚度方向的、即平面方向上的平面，对于后文中提及的“平面”也是同样的。

对于本发明的石墨毡结构体，可以在在用本领域常规的加工方式加工而得到。在一个实施方案中，可以首选准备一块石墨毡板或石墨毡块，对所述石墨毡板或石墨毡块的一个主表面上进行加工。例如，可以使用机械设备切除掉任选深度、任选形状的部分，从而在该主表面上获得任意所需的凸起，重复这样的过程，制备更多的凸起。由此，可以得到本发明所述的石墨毡结构体。这样的方法可以根据需要任意获得所需形状、大小、分布方式的凸起。由此得到的凸起部分对应于石墨毡结构体的第二部分，无凸起的部分对应于石墨毡结构体的第一部分。对于后文中提及的“凸起”也是同样的。

在另外的一些实施方案中，例如可以在制备石墨毡板或者石墨毡块时，在成型阶段，选择适当的模具成型，直接形成所需形状、大小以及分布方式的凸起，从而得到石墨毡结构体。

在另外的一些实施方案中，对于一块石墨毡，在选定的一个或多个位置上涂布作为前体的聚合物的溶液，使其至少覆盖该选定位置的表面，然后在高温下进行热处理使该聚合物碳化、进而石墨化，形成为与石墨毡成为一体且凸出于该石墨毡表面的凸起，从而得到石墨毡结构体。

在另外的一些实施方案中，对于一块石墨毡，在选定的一个或多个位置上涂布作为前体的聚合物的溶液，使溶液浸渗到该石墨毡的选定位置的内部，然后在高温下进行热处理使该聚合物碳化、进而石墨化，与石墨毡成为一体，并且在所得的石墨毡结构体的表面经涂布位置与未经涂布位置处于同一平面。由此得到的经涂布位置(包括聚合物溶液浸渗的外延部分)对应于石墨毡结构体的第二部分，未涂布位置对应于石墨毡结构体的第一部分。

在另外的一些实施方案中，所述石墨毡可以由用于构成第一部分的石墨毡材料与用于构成第二部分的石墨毡材料或其他材料拼接而成。例如，准备一个石墨毡板作为用于构成第一部分的石墨毡材料，所述石墨毡片的两个主表面均为平面，将彼此之间具有相同或不同外形的多个用于构成第二部分的石墨毡材料或其他材料结合于前者中至少一个主表面上以形成凸起。或者，准备一块石墨毡板作为用于构成第一部分的石墨毡材料，所述石墨毡的一个主表面上具有凸起，另一个主表面为平面，将用于构成第二部分的石墨毡材料或其他材料结合于前述石墨毡所述主表面上未形成凸起的部分，并最终形成本发明限定的石墨毡结构体。

上文所述的用于构成第二部分的石墨毡材料或其他材料在如上述那样向用于构成第一部分的石墨毡材料上拼接时，在需要的情况下，可以借助于粘合剂进行粘结。所述粘合剂具有导电性，例如，可以使用本领域中各种市售商品导电胶，只要是不影响液流电池中的电极反应即可。在优选的实施方案中，这些导电胶可以涂覆于拼接面的全部范围，也可以以点结合的方式在拼接面的一处或多处形成粘合点。

优选的实施方案中，所述拼接是在无需借助额外的胶黏剂之类的化学试剂的存在下进行的。可以列举的实施方案为，准备第一石墨毡板或石墨毡块，在所述第一石墨毡板或石墨毡块的一个主表面上形成一个凹槽或者通孔。之后，将另外的石墨毡块或者其他材料填入该凹槽或通孔，所述另外的石墨毡块或者其他材料具有与上述凹槽或通孔相适应的外形，使得填入后的组合石墨毡能够稳定的存在和使用。在这样的方式中，另外的石墨毡块或者其他材料能够在第一石墨毡块的一个主表面上形成任意形状或分布的凸起。或者，在第一石墨毡块的压缩模量小于另外的石墨毡块或者其他材料的情况下，也可以以不形成凸起的方式用另外的石墨毡块或者其他材料恰好填平第一石墨毡板或石墨毡块的一个主表面上所形成的凹槽或者通孔。

在另外的一些实施方案中，本发明所述的石墨毡结构体可以是两个或两个以上的石墨毡板或石墨毡块层叠而成。例如，准备一个石墨毡a，其至少在一个主表面上具有如上文所描述的凸起，准备另外一个石墨毡b，其具备与石墨毡a相同或相近的大小，其具有通孔，将石墨毡a与石墨毡b进行层叠，此时，石墨毡a的所述凸起进入或穿过石墨毡b的通孔，形成本发明的石墨毡。同样，所述的石墨毡a与石墨毡b可以具有相同或不同的材质。

上文所述的相同或不同的材质可以指包括密度、压缩模量、孔隙率等方面的参数或性能上的相同或不同。

以下，利用附图说具体说明本发明的实施方案。

例如，附图1中示出本发明的石墨毡的构成的一个例子，其中，石墨毡在平面方向上具有1个第一部分1、4个第二部分2。

附图2表示了本发明的一种实施方案。其中，第二部分2的压缩模量大于第一部分1，且两者的厚度相同。

附图3表示了本发明的另一种实施方案。其中，第二部分2的厚度大于第一部分1。

附图4，显示了拼接的石墨毡结构体的实施方案，其中，所述第二部分通过在石墨毡板上结合碳纤维布而形成。

附图5中，显示了拼接的石墨毡结构体的另一个实施方案，其中，作为第二部分的压缩模量较高的银填硅橡胶模制衬垫以不凸出的方式填满石墨毡板上的通孔。

本发明的另一个实施方式为使用如上所述的本发明的石墨毡而制成的液流电池。使用石墨毡制造液流电池的方法可以采用常规的方法，没有特别限定。

实施例

实施例1

将市售石墨毡(活化石墨毡，厚度3mm，体积密度0.08g/cm³)剪裁成长40cm宽35cm的尺寸，从而准备石墨毡片。将另一市售石墨毡(活化石墨毡，厚度4mm，体积密度0.08g/cm³)剪裁成直径为6cm的圆形，从而准备五个圆形石墨毡块。在石墨毡片的中心和四角分别冲切出总计五个直径为6cm的圆形空缺，并在其中嵌入上述五个石墨毡块。该嵌入的石墨毡块填满圆形空缺并凸出于石墨毡片表面(形成圆柱形凸起)。由此制备本发明的石墨毡结构体。

使用上述制备的本发明的石墨毡结构体作为碳毡，使用nafion膜作为隔膜，使用石墨板作为双极板，使用铜板作为集流板，将它们重叠，封装后进行加压，从而制成单体电池。将20个单体电池串联，从而制造额定功率为1kw的钒液流电池。

石墨毡结构体和使用其的钒液流电池的各性能的评价方法如下。

(1)内阻

评价方法：利用简单的充放电电学装置，快速测量电堆内组。即对电堆施加不同大小的电流，施加电流后的电堆电压和取消电流后的电堆开路电压之差，除以对应的电流密度，得到相应的电堆内阻。

评价标准：

内阻小于1.2欧姆/平方厘米时评价为优，内阻为1.2-2.0欧姆/平方厘米时评价为良，内阻大于2.0欧姆/平方厘米时评价为差。

(2)能量效率

评价方法：能量效率为电堆电流效率乘以电堆电压效率。电堆在限定电压的最大值和最小值之间进行充放电循环时，其中电流效率是放电过程中流出电堆的电荷之和除以充电过程中流入电堆的电荷之和；电压效率是放电过程中电堆的平均电压除以充电过程中电堆的平均电压。

评价标准：

能量效率大于70％时评价为优，能量效率为65-70％时评价为良，能量效率小于65％时评价为差。

(3)充放电循环5000次后的能量效率保持率

评价方法：循环5000次以后的能量效率除以起始充放电循环时的能量效率。

评价标准：

能量效率保持率大于90％时评价为优，能量效率保持率为85％-90％时评价为良，能量效率保持率小于85％时评价为差。

通过上述制造方法，按照表1所示的方式，制造实施例1、2的石墨毡结构体，并制造钒液流电池。评价各实施例中得到钒液流电池的内阻、能量效率、充放电循环5000次后的能量效率保持率，示于表1。

实施例2

将市售石墨毡(活化石墨毡，厚度3mm，体积密度0.08g/cm³)剪裁成长50cm宽25cm的尺寸，从而准备石墨毡片。将另一市售石墨毡(活化石墨毡，厚度4mm，体积密度0.08g/cm³)剪裁成直径为8cm的圆形，从而准备五个圆形石墨毡块。在石墨毡片的中心和四角分别冲切出总计五个直径为8cm的圆形空缺，并在其中嵌入上述五个石墨毡块。该嵌入的石墨毡块填满圆形空缺并凸出于石墨毡片表面(形成圆柱形凸起)。由此制备本发明的石墨毡结构体。

然后采用与实施例1相同的方法制造钒液流电池，并与实施例1相同地评价所得到的钒液流电池的内阻、能量效率、充放电循环5000次后的能量效率保持率，示于表1。

实施例3

将实施例2中使用的所述另一市售石墨毡(活化石墨毡，厚度4mm，体积密度0.08g/cm³)替换为市售石墨毡(活化石墨毡，厚度5mm，体积密度0.08g/cm³)，除此之外与实施例2相同地制备石墨毡结构体和钒液流电池，并与实施例2相同地评价所得到的钒液流电池的内阻、能量效率、充放电循环5000次后的能量效率保持率，示于表1。

实施例4

将实施例2中使用的所述另一市售石墨毡(活化石墨毡，厚度4mm，体积密度0.08g/cm³)替换为市售石墨毡(活化石墨毡，厚度3mm，体积密度0.09g/cm³)，除此之外与实施例2相同地制备石墨毡结构体和钒液流电池，并与实施例2相同地评价所得到的钒液流电池的内阻、能量效率、充放电循环5000次后的能量效率保持率，示于表1。

实施例5

将实施例2中使用的所述另一市售石墨毡(活化石墨毡，厚度4mm，体积密度0.08g/cm³)替换为市售聚丙烯中空板(厚度3mm)，除此之外与实施例2相同地制备石墨毡结构体和钒液流电池，并与实施例2相同地评价所得到的钒液流电池的内阻、能量效率、充放电循环5000次后的能量效率保持率，示于表1。

比较例1

除了使用与实施例1的石墨毡(除凸起以外的主体部分)具有相同体积密度的整张石墨毡之外，与实施例1同样地在压缩工序中使用与实施例相同的压缩力，制造钒液流电池作为比较例1。评价各实施例和比较例中得到钒液流电池的内阻、能量效率、充放电循环5000次后的能量效率保持率，进行对比。

表1

注1：第一部分面积比是指，所述第一部分面积占所述石墨毡结构体的总面积的比例。

注2：厚度比是指第二部分的厚度与第一部分的厚度之比值。

注3：体积密度比a是指，构成第二部分的石墨毡的体积密度相对于构成第一部分的石墨毡的体积密度的比例。

注4：b是指，在组装到液流电池的状态下，第二部分的体积密度相对于第一部分的体积密度的比例。该体积密度采用对从在制备后尚未经过首次充放电的单体电池中拆卸的石墨毡进行测定而得到的值。

由本申请实施例与比较例的对比可见，根据本申请的石墨毡结构体和使用其的液流电池，能够降低接触电阻，提高电池转换效率，与此同时，降低电堆内部压力，确保密封性，保证电解液流速，避免电池因过充而报废，从而延长电堆寿命。

产业上的可利用性

本申请的石墨毡结构体和使用其的液流电池由于兼顾了降低接触电阻、提高电池转换效率、降低电堆内部压力、保证电解液流速，能提供各性能优异且长寿命的液流电池，因此在产业上是有用的。