CN108155389B - 一种自流道式液流电池用石墨毡电极材料的制备方法 - Google Patents

一种自流道式液流电池用石墨毡电极材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种自流道式液流电池用石墨毡电极材料的制备方法，将不同体积密度的石墨毡进行拼接组合，通过石墨毡体积密度的配比降低液流电池的浓差极化。与现有的技术相比，本发明的有益效果是：1)本发明的一种自流道式液流电池用石墨毡电极材料的制备方法，更简便、快捷，应用范围较为广阔。2)采用本发明的方法制备的液流电池石墨毡电极能通过1:0.6～1的体积密度配比有效降低液流电池的浓差极化。

Description

一种自流道式液流电池用石墨毡电极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及液流电池领域，尤其涉及自流道式液流电池用石墨毡电极材料的制备方法。
背景技术
近年来，风能和太阳能受到广泛的开发和利用，但是无论风能还是太阳能,均因缺少性能优良的大型储能电池与之配套而不能高效利用应用。液流电池是一种可深度充放电的二次电池，是一种新型电化学储能装置，具有能量效率高、使用寿命长及环境友好等特点，被认为是最具应用前景的大型储能电池，越来越多的受到关注。
电极作为液流电池的关键材料，其亲水性和电化学活性影响着液流电池的电化学性能。目前，石墨毡电极以其耐高温、耐腐蚀、导电性能好等优点成为液流电池中最常用的电极。但由于液流电池自身的结构特点以及石墨毡电极复杂的三维网络结构，使得电池电堆内部形成了较高的浓差极化，影响了电池效率。因此，针对降低液流电池浓差极化的研究具有重要意义。
目前，降低液流电池浓差极化的措施主要有控制电解液流速，优化电解液入口流道、出口流道以及双极板上流道的设计等。上述方法主要针对电解液的进出口以及电极表面上的流动控制，而最有效控制电解液流动的区域是在电极内部。
发明内容
本发明的目的是提供一种自流道式液流电池用石墨毡电极材料的制备方法，从根本上降低液流电池石墨毡电极的浓差极化。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种自流道式液流电池用石墨毡电极材料的制备方法，将不同体积密度的石墨毡进行拼接组合，通过石墨毡体积密度的配比降低液流电池的浓差极化，具体方法如下：
1)石墨毡的切割：将清洁后的体积密度不同的若干块石墨毡分别切割成大小相同的方形，再将方形石墨毡进一步切割,分别切割成蛇形自流道部分和去掉蛇形自流道的边缘部分；
2)自流道式石墨毡电极的组合：将两块不同体积密度的蛇形自流道部分与去掉蛇形自流道的边缘部分进行组合拼接，制备出体积密度差不等的自流道式液流电池用石墨毡电极。
在同一块拼接组合的自流道式液流电池用石墨毡电极中，去掉蛇形自流道的边缘部分的体积密度大于蛇形部分的体积密度。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明的一种自流道式液流电池用石墨毡电极材料的制备方法，更简便、快捷，应用范围较为广阔。
2)采用本发明的方法制备的液流电池石墨毡电极能通过1:0.6～1的体积密度配比有效降低液流电池的浓差极化。
附图说明
图1是本发明中实施例1的工艺简图。
图中：1-去掉蛇形自流道的边缘部分；2-蛇形自流道部分。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。
一种自流道式液流电池用石墨毡电极材料的制备方法，将不同体积密度的石墨毡进行拼接组合，通过石墨毡体积密度的配比降低液流电池的浓差极化，具体方法如下：
先对石墨毡进行清洁预处理：首先将石墨毡放入去离子水中用微波清洗仪以10kHz的频率超声波震荡清洗40min，以除去石墨毡表面的不溶性杂质，并使可溶性的可溶性杂质溶于水中；然后将石墨毡置于1mol/L NaOH溶液中80℃水浴浸泡1h，以除去有机杂质，取出石墨毡，用去离子水进行多次清洗至PH＝7，放入干燥箱中80℃干燥。然而，本发明不限于此，能够对石墨毡清洁预处理的方法均可。
1)石墨毡的切割：将清洁后的体积密度不同的若干块石墨毡分别切割成大小相同的方形，再将方形石墨毡进一步切割,分别切割成蛇形自流道部分和去掉蛇形自流道的边缘部分；
2)自流道式石墨毡电极的组合：将两块不同体积密度的蛇形自流道部分与去掉蛇形自流道的边缘部分进行组合拼接，制备出体积密度差不等的自流道式液流电池用石墨毡电极。
在同一块拼接组合的自流道式液流电池用石墨毡电极中，去掉蛇形自流道的边缘部分的体积密度大于蛇形部分的体积密度。
为了确保液流电池自流道式石墨毡电极测试的准确性，应保证同一型号石墨毡体积密度的均匀性。
实施例1：(见图1)
1)将清洁后的体积密度不同的石墨毡分别切割成7块60×60mm的正方形，其中4块石墨毡的体积密度相同，定义为1#石墨毡，另外三块石墨毡体积密度均不相同，分别定义为2#、3#、4#石墨毡；其中ρ1#＞ρ2#＞ρ3#＞ρ4#，ρ1#＝0.09～0.1g/cm3，ρ
2#＝0.08～0.0.09g/cm3，ρ3#＝0.07～0.0.08g/cm3，ρ4#＝0.06～0.0.07g/cm3。再将7块正方形石墨毡进一步切割,分别切割成蛇形自流道部分2和去掉蛇形自流道的边缘部分1。
2)将1#石墨毡的成蛇形自流道部分2分别与2#、3#、4#石墨毡的去掉蛇形自流道的边缘部分1进行组合，制备出体积密度差不等的自流道式液流电池用石墨毡电极，再依次分别定义为自流道式石墨毡电极A、B、C；将只切割未重组的1#石墨毡定义为电极D。
3)将自流道式石墨毡电极A、B、C、D以20～30％的压缩比分别应用到液流电池中，再依次分别定义为电池A、B、C、D，并对液流电池以50mA·cm-2的条件下进行恒电流充放电测试，比较电池A、B、C、D的效率。结果如下：
库伦效率/％ 电压效率/％ 能量效率/％
电池A 90～95 80～85 70～80
电池B 90～95 85～90 75～85
电池C 90～95 85～90 75～85
电池D 90～95 85～90 75～85
综上所述，采用本发明的方法制备的以自流道式石墨毡为电极的液流电池，其电池效率显著提高。
尽管上面已经结合示例性实施例描述了本发明，但本领域普通的技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的要求的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

Claims (1)

1.一种自流道式液流电池用石墨毡电极材料的制备方法，其特征在于，将不同体积密度的石墨毡进行拼接组合，通过石墨毡体积密度的配比降低液流电池的浓差极化，具体方法如下：
1)石墨毡的切割：将清洁后的体积密度不同的若干块石墨毡分别切割成大小相同的方形，再将方形石墨毡进一步切割,分别切割成蛇形自流道部分和去掉蛇形自流道的边缘部分；
2)自流道式石墨毡电极的组合：将两块不同体积密度的蛇形自流道部分与去掉蛇形自流道的边缘部分进行组合拼接，制备出体积密度差不等的自流道式液流电池用石墨毡电极；
在同一块拼接组合的自流道式液流电池用石墨毡电极中，去掉蛇形自流道的边缘部分的体积密度大于蛇形部分的体积密度；
上述方法制备的液流电池石墨毡电极能通过1:0.6～1的体积密度配比有效降低液流电池的浓差极化。
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