一种用于液流电池的电极组件、其制备方法及包含其的电池堆的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及液流电池技术领域，具体而言，涉及一种用于液流电池的电极组件、其制备方法及包含其的电池堆。
【背景技术】
[0002]液流电池是一类新型电化学储能体系，相比于其他储能技术，液流电池具有功率大、容量大、能量转换效率高、使用寿命长、安全性高、绿色环保等优点，在与光伏发电和风力发电配套的大规模储能系统、智能电网调峰、通讯基站以及分布式电源等领域具有广阔的应用前景。
[0003]现有的液流电池堆结构如图1所示，其中10’为双极板，20’为正极液流框，30’为正极多孔电极，40’为离子交换膜，50’为负极液流框，60’为负极多孔电极。其中正极多孔电极30’嵌套于正极液流框20’的中间镂空部位，负极多孔电极60’嵌套于负极液流框50’的中间镂空部位，各部件按图中所示次序不断重复叠放而成。其中，多孔电极(30’和60’)一般为可压缩的碳毡或石墨毡，其厚度大于液流框(20’和50’)的厚度，通过双极板10’将其压至与液流框(20’和50’)厚度齐平，从而与双极板30’形成电学接触。通常，为了形成良好的电学接触，碳毡的压缩率一般在20%以上。然而，压缩会降低碳毡内部孔隙率，导致电解液流动阻力增大，系统栗耗损失大大增加；另一方面，现有电池结构中，双极板和液流框之间通过密封圈或密封垫片进行密封，极大增加了电池堆的漏液风险，同时也不利于电池堆的装配及其成本降低。
【发明内容】
[0004]本发明旨在提供一种用于液流电池的电极组件、其制备方法及包含其的电池堆，提高液流电池系统的能量效率以及电池堆密封可靠性。
[0005]为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于液流电池的电极组件。该电极组件包括正极液流框、正极多孔电极、电解液隔板、负极液流框和负极多孔电极，正极液流框、正极多孔电极、电解液隔板、负极液流框和负极多孔电极一体化。
[0006]进一步地，正极多孔电极、电解液隔板和负极多孔电极通过粘接、热压或树脂浸渍的方法结合在一起形成第一部件，正极液流框上设置有用于嵌入正极多孔电极的第一空腔，负极液流框上设置有用于嵌入负极多孔电极的第二腔体，正极液流框、第一部件与负极液流框扣合在一起，正极液流框和负极液流框通过粘接、热压或激光焊接的方法结合在一起。
[0007]进一步地，正极液流框、电解液隔板和负极液流框通过粘接、热压、激光焊接的方法结合在一起形成液流框组件，正极液流框上设置有用于嵌入正极多孔电极的第一空腔，负极液流框上设置有用于嵌入负极多孔电极的第二腔体，正极多孔电极通过粘接或热压的方法粘结于正极液流框的第一空腔内，负极多孔电极通过粘接或热压的方法粘结于负极液流框的第二空腔内。
[0008]进一步地，正极液流框、电解液隔板和负极液流框通过注塑或3D打印的方法形成一体化的液流框组件，正极液流框上设置有用于嵌入正极多孔电极的第一空腔，负极液流框上设置有用于嵌入负极多孔电极的第二腔体，正极多孔电极通过粘接或热压的方法粘结于正极液流框的第一空腔内，负极多孔电极通过粘接或热压的方法粘结于负极液流框的第二空腔内。
[0009]进一步地，正极液流框和负极液流框的构造相同。
[0010]进一步地，电解液隔板的材料为纯树脂或含有填料的树脂，纯树脂包括聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、氟树脂或环氧树脂；填料的材料包括碳毡、石墨毡、炭黑、碳纤维、石墨、碳纳米管、蒙脱土或金属粉；多孔电极的材料包括石墨毡、碳毡、多孔导电高分子材料以及多孔耐腐蚀金属材料。
[0011 ] 根据本发明的另一方面，提供了一种电池堆。该电池堆包括上述任一种电极组件。
[0012]根据本发明的另一方面，提供了一种上述电极组件的制备方法。该制备方法包括制备正极液流框、正极多孔电极、电解液隔板、负极液流框和负极多孔电极，然后将正极液流框、正极多孔电极、电解液隔板、负极液流框和负极多孔电极进行一体化得到电极组件。
[0013]进一步地，一体化包括以下步骤:SI，采用粘接、热压或树脂浸渍的方法将正极多孔电极、电解液隔板和负极多孔电极结合在一起形成第一部件；S2，将正极液流框、第一部件与负极液流框扣合在一起，采用粘接、热压或激光焊接的方法将正极液流框和负极液流框结合在一起得到电极组件。
[0014]进一步地，包括以下步骤:S1，采用粘接、热压或激光焊接的方法将正极液流框、电解液隔板和负极液流框结合在一起形成液流框组件；S2，采用粘接或热压的方法将正极多孔电极粘结于正极液流框上用于嵌入正极多孔电极的第一空腔内，采用粘接或热压的方法将负极多孔电极粘结于负极液流框上用于嵌入负极多孔电极的第二空腔内。
[0015]进一步地，包括以下步骤:S1，采用注塑或3D打印的方法将正极液流框、电解液隔板和负极液流框形成一体化的液流框组件；S2，采用粘接或热压的方法将正极多孔电极粘结于正极液流框上用于嵌入正极多孔电极的第一空腔内，采用粘接或热压的方法将负极多孔电极粘结于负极液流框上用于嵌入负极多孔电极的第二空腔内。
[0016]应用本发明的技术方案，通过正极液流框、正极多孔电极、电解液隔板、负极液流框、负极多孔电极的一体化设计，降低了液流电池内部的接触电阻，避免了多孔电极的过度压缩，减少了电池堆的密封部位，提高了液流电池系统的能量效率以及电池堆密封可靠性。
【附图说明】
[0017]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0018]图1示出了现有技术中液流电池堆的结构示意图；以及
[0019]图2A示出了根据本发明一实施例的第一部件的右视结构示意图；
[0020]图2B示出了根据图2A的立体结构示意图；
[0021]图3A示出了根据本发明一实施例的不带支路流道的正极液流框的主视结构示意图；
[0022]图3B示出了根据图3A的立体结构示意图；
[0023]图4A示出了根据本发明一实施例的带支路流道的正极液流框的主视结构示意图；
[0024]图4B示出了根据图4A的立体结构示意图；
[0025]图5示出了根据本发明一实施例的不带支路流道的电极组件的组装顺序及结构示意图；
[0026]图6示出了根据本发明一实施例的带支路流道的电极组件的组装顺序及结构示意图；
[0027]图7示出了根据本发明一实施例的不带支路流道的液流框组件的组装顺序及结构示意图；
[0028]图8示出了根据本发明一实施例的带支路流道的液流框组件的组装顺序及结构示意图；
[0029]图9A示出了根据本发明一实施例的不带支路流道的液流框组件的主视结构示意图；
[0030]图9B示出了根据图9A的立体结构示意图；
[0031]图1OA示出了根据本发明一实施例的带支路流道的液流框组件的主视结构示意图；
[0032]图1OB示出了根据图1OA的立体结构示意图；
[0033]图11示出了根据本发明又一实施例的不带支路流道的电极组件的组装顺序及结构示意图；
[0034]图12示出了根据本发明又一实施例的带支路流道的电极组件的组装顺序及结构示意图；
[0035]图13示出了根据本发明再一实施例的不带支路流道的电极组件的组装顺序及结构示意图；以及
[0036]图14示出了根据本发明再一实施例的带支路流道的电极组件的组装顺序及结构示意图。<