专利名称：一种液流电池的多孔电极结构及其制备方法
技术领域：
本发明涉及氧化还原液流电池，具体地说是一种液流电池的多孔电极结构及其制备方法。
背景技术：
随着国民经济的高速发展，能源、资源、环境之间的矛盾显得日益突出，国家提出发展太阳能、风能发电为主的可再生清洁能源，建设可持续发展的经济增长模式。但是太阳能、风能随着昼夜变化其发电量产生显著变化，难于保持稳定的电能输出，需要和一定规模的电能储存装置相配合，构成完整的供电系统，保证持续稳定的电能供应。氧化还原液流电池系统具有电能储存和高效转化功能，且电池容量可以随着储液罐体积的增加而提高，使用寿命长、操作和维护费用低等优点，因此在很多领域都有着很好的发展前景。氧化还原液流电池的电解液在电池内部流动时，容易出现分配不均勻，易形成无电解液流过的死角，使该部分极化严重影响电池转化效率，甚至会影响到电池使用寿命。
发明内容
本发明涉及一种可以改善电池充放电性能的氧化还原液流电池的多孔电极结构及其制备方法；此设计制备简单，成本低廉。为实现上述目的，本发明采用的技术方案一种液流电池的多孔电极结构，所述多孔电极内部设置有密度大于和/或小于多孔电极平均密度的条形、三角形、梯形或异形的区域；于多孔电极内部形成平行流场、蛇形流场、交指状流场或异形流场。密度大于和/或小于多孔电极平均密度区域与多孔电极平均密度的密度差的绝对值为电极平均密度的5^-55 ^所述电极结构的制备于多孔材料表面切割出条形、三角形、梯形或异形的凹槽， 使多孔材料表面形成凸起与凹陷相间的表面结构；液流电池装配时，多孔材料压缩后由于压缩率的不同，电极各区域的孔隙大小不一，形成电解液流场，通过改变流体的阻力使之对电解液进行分配。多孔材料的厚度压缩率范围在40% -90%之间，各区域间的厚度压缩率的差在 5% -55% ；所述多孔材料为石墨毡或碳毡。经压缩后电极局部的压缩率会有不同，压缩率较大的部分由于相对密度大孔隙小流体阻力大使液体相对不容易流过，而压缩率较小的部分由于相对密度小孔隙大流体阻力小使液体相对容易通过。通过改变电极局部压缩率从而改变电极局部对流体的阻力使电极具有分配流体的功能优化电池转换效率。本发明的优点在于a)电解液在电池内部流动较为顺畅，能够优化流体分配提高电池转换效率。b)实施简单，成本低廉。
c)该结构设计优化了电池内流体分配，从而提高电池能量转换效率，延长电池使用寿命。
图1为实施例1在具有条形凸起的多孔材料表面结构示意图；图2为实施例2在具有蛇形凹陷的多孔材料表面结构示意图；图3为实施例3在具有异形凸起的多孔材料表面结构示意图。
具体实施例方式实施例1对多孔材料表面进行切割，如图1所示，使多孔材料表面形成条形凸起；多孔材料长10cm，宽8cm，主体厚度1cm。多孔材料上并行4排凸起的流体分配条。 流体分配条的长8cm，宽0. 8cm，高0. 5cm。分配条条间距0. 96cm。将多孔电极与极板，隔膜， 电解液等组装成全钒液流电池并在组装过程中将多孔电极厚度压缩至9mm。40mA/cm2条件下测试电池能量转换效率为80%比电极表面未经处理的全钒液流电池相比电池效率增长了 1%。实施例2多孔材料长10cm，宽8cm，主体厚度1cm。对多孔材料表面进行切割，如图2所示， 使多孔材料表面形成蛇形的凹陷。将多孔电极与极板，隔膜，电解液等组装成全钒液流电池并在组装过程中将多孔电极厚度压缩至9mm。40mA/cm2条件下测试电池能量转换效率为 79. 6%比电极表面未经处理的的全钒液流电池相比电池效率增长了 0. 05%。实施例3多孔材料长10cm，宽8cm，主体厚度1cm。对多孔材料表面进行切割，如图3所示，使多孔材料表面形成异形凸起。将多孔电极与极板，隔膜，电解液等组装成全钒液流电池并在组装过程中将多孔电极厚度压缩至9mm。40mA/cm2条件下测试电池能量转换效率为79. 7% 比电极表面未经处理的全钒液流电池相比电池效率增长了 0. 06%。
权利要求
1.一种液流电池的多孔电极结构，其特征在于所述多孔电极内部设置有密度大于和/或小于多孔电极平均密度的条形、三角形、梯形或异形的区域。
2.如权利要求1所述的电极结构，其特征在于多孔电极内部各区域密度不同，于多孔电极内部形成平行流场、蛇形流场、交指状流场或异形流场。
3.如权利要求1所述的电极结构，其特征在于密度大于和/或小于多孔电极平均密度区域与多孔电极平均密度的密度差的绝对值为电极平均密度的5% -55%。
4.一种权利要求1所述电极结构的制备方法，其特征在于于多孔材料表面切割出条形、三角形、梯形或异形的凹槽或凸起，使多孔材料表面形成凸起与凹陷相间的表面结构；液流电池装配时，多孔材料压缩后由于压缩率的不同，电极各区域的孔隙大小不一，形成电解液流场，通过改变流体的阻力使之对电解液进行分配。
5.如权利要求4所述电极结构的制备方法，其特征在于多孔材料的厚度压缩率范围在40% -90%之间，各区域间的厚度压缩率的差在5% -55%。
6.如权利要求4所述电极结构的制备方法，其特征在于所述多孔材料为石墨毡、碳毡或复合导电塑料电极。
7.如权利要求6所述复合导电塑料电极，其特征在于电极材料由导电填料和塑料物组成，导电填料为碳粉、石墨粉或石墨纤维，塑料物为聚乙烯或聚丙烯。
全文摘要
本发明涉及一种液流电池的多孔电极结构及其制备方法，所述多孔电极内部设置有密度大于和/或小于多孔电极平均密度的条形、三角形、梯形或异形的区域。将多空电极设计成具有凸起或者凹陷的表面结构。经压缩后电极局部的压缩率会有不同，压缩率较大的部分由于相对密度大孔隙小流体阻力大使液体相对不容易流过，而压缩率较小的部分由于相对密度小孔隙大流体阻力小使液体相对容易通过。该结构设计优化了电池内流体分配，从而提高电池能量转换效率，延长电池使用寿命。
文档编号H01M4/88GK102299348SQ20101021011
公开日2011年12月28日 申请日期2010年6月25日 优先权日2010年6月25日
发明者张华民, 杨振坤, 韩希 申请人:中国科学院大连化学物理研究所, 大连融科储能技术发展有限公司