电极、液流电池及液流电池堆的制作方法_2

文档序号:9923046阅读:来源:国知局
相对的第一表面和第二表面,该电极还包括设置于第一表面上的第二电极层 320和/或设置于第二表面上的第=电极层330,且当电极包括第二电极层320时,第二电极 层320的反应活性位点数目大于第一电极层310的反应活性位点数目,当电极包括第=电极 层330时,第=电极层330的反应活性位点数目大于第一电极层310的反应活性位点数目。
[0029] 上述电极中由于第二电极层320的反应活性位点数目大于第一电极层310的反应 活性位点数目,第=电极层330的反应活性位点数目大于第一电极层310的反应活性位点数 目,从而将该电极应用于液流电池后,当电极中包括第二电极层320时,第二电极层320设置 于离子交换膜的表面上,当电极中包括第=电极层330时,第=电极层330设置于双极板的 表面上,使电极层组中靠近离子交换膜和/或双极板的区域相比于剩余区域能够具有更大 的反应活性位点数目,从而不仅能够在不增加电极厚度的基础上使电极中的反应活性位点 数目满足液流电池的需求,还能够通过调整电极的厚度有效地降低电池内阻的增幅,提高 液流电池的电压效率;并且,由于液流电池的电极中存在的反应不均匀性,在靠近离子交换 膜和靠近双极板的区域需要较大的反应电流密度,从而通过提高上述电极中靠近离子交换 膜和/或双极板的区域的反应活性位点数目,提高了所需区域的反应电流密度,进而提高了 液流电池的功率密度。
[0030] 本申请的反应活性位点数目与现有技术中反应活性位点数目的概念相同,均是指 电极内可发生电化学反应的位置的数目。在一种优选的实施方式中,上述电极包括设置于 第一表面的第二电极层320,将该电极应用于液流电池后,该第二电极层320设置于离子交 换膜的表面上;在另一种优选的实施方式中,上述电极包括设置于第二表面的第=电极层 330,将该电极应用于液流电池后,该第=电极层330设置于双极板的表面上;上述电极还可 W同时包括设置于第一表面的第二电极层320和设置于第二表面的第=电极层330,第二电 极层320设置于离子交换膜的表面上,第=电极层330设置于双极板的表面上。
[0031] 当上述电极包括第二电极层320时,优选地,第二电极层320与第一电极层310的反 应活性位点数目之比大于1.05。将第一电极层310与第二电极层320的反应活性位点数目限 定在上述优选的比例范围内,能够在保证第二电极层320具有较大的反应活性位点数目的 同时,使第一电极层310具有较小的反应活性位点数目,从而使电极不仅能够具有较小的厚 度,还能够具有较小的内阻,进而将该电极应用于液流电池后,能够进一步提高液流电池的 电压效率;并且,将该电极应用于液流电池后,通过使靠近离子交换膜的第二电极层320具 有较大的反应活性位点数目,满足了电极中靠近离子交换膜的区域对反应电流密度的需 求,从而进一步提高了所需区域的反应电流密度,进而也进一步地提高了液流电池的功率 密度。
[0032] 当上述电极包括第=电极层330时,优选地,第=电极层330与第一电极层310的反 应活性位点数目之比大于1.05。将第一电极层310与第=电极层330的反应活性位点数目限 定在上述优选的比例范围内,能够在保证第=电极层330具有较大的反应活性位点数目的 同时,使第一电极层310具有较小的反应活性位点数目,从而同样能够使电极不仅具有较小 的厚度,还具有较小的内阻,进而将该电极应用于液流电池后,能够进一步提高液流电池的 电压效率;并且,将该电极应用于液流电池后,通过使靠近双极板的第=电极层330具有较 大的反应活性位点数目,满足了电极中靠近双极板的区域对反应电流密度的需求,从而进 一步提高了所需区域的反应电流密度,进而也进一步地提高了液流电池的功率密度。
[0033] 在本发明上述电极中,当上述第二电极层320的反应活性位点数目大于第一电极 层310的反应活性位点数目时,优选地,第二电极层320的单位体积比表面积大于第一电极 层310的单位体积比表面积。单位体积比表面积是指单位体积的多孔介质所具有的总表面, 因此,使第二电极层320相比于第一电极层310具有更大的单位体积比表面积,能够在不增 加第一电极层310的体积的基础上,通过形成厚度相等的第一电极层310和第二电极层320, 甚至使第二电极层320具有相比于第一电极层310更小的体积,就能够使第二电极层320的 反应活性位点数目大于第一电极层310的反应活性位点数目,从而有效地控制了电极的整 体厚度。
[0034] 在上述优选的实施方式中,更为优选地,第二电极层320与第一电极层310的单位 体积比表面积之比大于1.05。将第二电极层320与第一电极层310的单位体积比表面积设定 在上述优选的范围内,能够在第二电极层320具有相比于第一电极层310更小的体积的基础 上,使第二电极层320的反应活性位点数目大于第一电极层310的反应活性位点数目,从而 进一步减小了电极的整体厚度。
[0035] 在本发明上述电极中,当上述第=电极层330的反应活性位点数目大于第一电极 层310的反应活性位点数目时,优选地,第=电极层330的单位体积比表面积大于第一电极 层310的单位体积比表面积。同样地,使第=电极层330相比于第一电极层310具有更大的单 位体积比表面积,能够在不增加第一电极层310的体积的基础上,通过形成厚度相等的第一 电极层310和第=电极层330,甚至使第=电极层330具有相比于第一电极层310更小的体 积,就能够使第=电极层330的反应活性位点数目大于第一电极层310的反应活性位点数 目,从而有效地控制了电极的整体厚度。
[0036] 在上述优选的实施方式中,更为优选地,第=电极层330与第一电极层310的单位 体积比表面积之比大于1.05。将第=电极层330与第一电极层310的单位体积比表面积设定 在上述优选的范围内,也能够在第=电极层330具有相比于第一电极层310更小的体积的基 础上,使第=电极层330的反应活性位点数目大于第一电极层310的反应活性位点数目,从 而进一步减小了电极的整体厚度。
[0037] 在本发明上述电极中,优选地,第一电极层310包括沿第一表面指向第二表面的方 向上顺序层叠的多个子电极层。由于上述第一电极层310包括多个子电极层,从而将该电极 应用于液流电池后,能够通过调整各子电极层的反应活性位点数目,实现对电极中不同位 置处反应活性位点数目的调整,进而更为有效地控制了电极的厚度,降低了电池内阻的增 幅,提高了液流电池的电压效率;并且,还能够通过调整各子电极层、第二电极层320和第= 电极层330的反应活性位点数目,使电极由中间向两侧的反应活性位点数目逐渐增大,进一 步满足了在靠近离子交换膜和靠近双极板的区域对反应电流密度的需求,从而通过提高所 需区域的反应电流密度,提高了液流电池的功率密度。
[0038] 在上述包括多个子电极层的电极中,优选地,当电极包括第二电极层320时,沿第 一表面指向第二表面的方向上各子电极层的反应活性位点数目依次降低。由于液流电池的 电极中存在的反应不均匀性,在靠近离子交换膜的
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