CN108336371A - 一种全钒液流电池用双极板 - Google Patents

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张华民
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Abstract

本发明涉及一种全钒液流电池用双极板，属于液流电池技术领域。主要技术方案如下：一种全钒液流电池用双极板，为两层结构，所述的两层结构中至少有一层为金属层，所述的金属层为耐正极环境腐蚀的金属层或耐负极环境腐蚀的金属层。所述的耐正极环境腐蚀的金属层材质为含钽、铬、钒、铝、镍、钴、钛中任一种金属元素的单质或合金。所述的耐负极环境腐蚀的金属层材质为含铅、锡、锑、钋、钨、铋、银、汞中任一种金属元素的单质或合金。本发明提供的双极板具有优异的导电性能，耐化学腐蚀和电化学腐蚀，并且与电极之间有较低的接触电阻，降低了全钒液流电池的欧姆内阻，提高了液流储能电池的能量效率和电压效率。

Description

一种全钒液流电池用双极板
技术领域
本发明涉及液流电池技术领域，具体涉及一种全钒液流电池用双极板。
背景技术
全钒液流电池是以不同价态的钒离子溶液作为正极和负极的活性物质。在电池充、放电的过程中，电解液通过泵的作用，由外部储液罐分别循环流经电池的正极和负极，并在电极表面发生氧化和还原反应，实现对电池的充放电。与其他类化学电池相比，全钒液流电池具有安全性高、规模大、寿命长、成本低等特点，有很强的产业化前景。
全钒液流电池的关键材料主要包括隔膜、电解液、电极以及双极板。双极板作为钒电池中重要材料之一，其主要作用及要求是：(1)分隔液流电池正、负极电解液：要求其具有良好的阻气性和阻液性。(2)汇集电流：要求具有很好的导电性。(3)工作环境往往具有强氧化还原性、酸性和高电位：要求在其工作温度范围和电位范围内，具有很好的耐强氧化还原性和耐酸腐蚀性以及耐电化学腐蚀性。(4)支撑正、负极电极：要求具有很好的机械强度。目前研究的双极板主要包括无孔石墨双极板、碳塑双极板和金属双极板。无孔石墨双极板导电性和耐腐蚀性良好，但制备工艺复杂，成本高；碳塑双极板制备工艺简单，成本低，但电导率较低；金属双极板强度高、加工性能好、电导率高等特点，但常用的金属如铜、铁等在钒电池酸性体系下面临腐蚀的问题，因此，必须寻找一种新的金属双极板涂层或者结构，以延长其使用寿命。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种全钒液流电池用双极板，具有优异的导电性能，耐化学腐蚀和电化学腐蚀，并且与电极之间有较低的接触电阻，降低了全钒液流电池的欧姆内阻，提高了液流储能电池的能量效率和电压效率。
本发明的技术方案如下：一种全钒液流电池用双极板，为两层结构，所述的两层结构中至少有一层为金属层，所述的金属层为耐正极环境腐蚀的金属层或耐负极环境腐蚀的金属层。
进一步的，所述的耐正极环境腐蚀的金属层材质为含钽、铬、钒、铝、镍、钴中任一种金属元素的单质或合金。
进一步的，所述的耐负极环境腐蚀的金属层材质为含铅、锡、锑、钋、钨、铋、银、汞中任一种金属元素的单质或合金。
进一步的，所述的金属层厚度为0.1mm-3mm，最佳厚度为1.0mm。
进一步的，所述的双极板包括两层，分别为金属层和碳涂层，所述的金属层材质为耐正极环境腐蚀的金属或耐负极环境腐蚀的金属，所述的碳涂层是指纯石墨的涂层或者高分子和石墨的混合物涂层，所述碳涂层的厚度为金属层厚度的0.1倍-10倍，最佳比例为0.2倍。
所述的全钒液流电池用双极板为三层结构，中间层为不耐正极环境腐蚀的金属层或不耐负极环境腐蚀的金属层，在中间层的两侧分别涂覆碳涂层，所述的金属层厚度为0.1mm-3mm，最佳厚度为1.0mm，所述碳涂层的厚度为金属层厚度的0.1倍-10倍，最佳比例为0.2倍。
所述的全钒液流电池用双极板，为三层结构，中间层为不耐正极环境腐蚀的金属层或不耐负极环境腐蚀的金属层，在中间层的一侧涂覆耐正极环境腐蚀的金属层，在中间层的另一侧涂覆耐负极环境腐蚀的金属层，所述的中间金属层厚度为0.1mm-3mm，最佳厚度为1.0mm，所述两侧金属层的厚度均为中间金属层厚度的0.1倍-10倍，最佳比例为0.2倍。
目前，对于全钒液流电池的双极板，一般技术人员的常识是不直接采用金属双极板。如果采用金属双极板，由于电解液为酸性，具有较强的腐蚀性，一般只好采用金、铂等贵金属，但是由于其价格昂贵，不适于大规模应用。本发明正、负极均采用单侧/双侧含碳涂层或者金属涂层的金属，克服了上述技术偏见，其中正极金属可在酸性介质和氧化环境下钝化，负极金属可在酸性介质中稳定且析氢过电位较高。
本发明的有益效果如下：本发明提供的双极板具有优异的导电性能，耐化学腐蚀和电化学腐蚀，并且与电极之间有较低的接触电阻，降低了全钒液流电池的欧姆内阻，提高了液流储能电池的能量效率和电压效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图1；
图2为本发明的结构示意图2；
其中：1、3为碳涂层或金属层；2为金属层。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但本发明不以任何形式受限于实施例内容。实施例中所述试验方法如无特殊说明，均为常规方法，金属双极板采用模压、冲压、轧制等工艺，碳涂层采用涂覆等工艺，金属涂层采用电镀、化学镀等工艺；如无特殊说明，所述化学试剂和材料，均可从商业途径获得。
本发明使用的是多节电池串联的结构，使用的电池参数见表1：
表1
部件名称 性能参数
电池功率 5W
电解液 硫酸体系钒电解液，总钒浓度1.5mol/L
离子膜 Nafion212，厚度0.05mm
密封材料 氟橡胶，面密封
电极框 厚度3mm
电极 石墨毡，厚度5.5mm
对比例1：所用双极板为碳塑双极板，厚度1mm，电导率10S/cm，其他材料见表1。
对比例2：所用双极板为无孔石墨双极板，厚度0.6mm，电导率1000S/cm，其他材料见表1。
本发明提供的全钒液流电池用双极板为双层或三层结构，可以是在金属基板上涂覆碳层或金属层，分别为正极或负极；当为三层结构时，在金属基板上涂覆两层，涂覆层分别为正极、负极。
实施例1：所用基板为金属铬，厚度1mm，一侧涂层为碳，厚度0.1mm，其中涂层侧为负极，其他材料见表1。
实施例2：所用基板为金属铅，厚度0.2mm，一侧涂层为碳，厚度1.5mm，其中涂层侧为正极，其他材料见表1。
实施例3：所用基板为金属钽，厚度1mm，一侧涂层为铅，厚度0.2mm，其中涂层侧为负极，其他材料见表1。
实施例4：所用基板为金属铬，厚度1mm，一侧涂层为锡，厚度0.1mm，其中涂层侧为负极，其他材料见表1。
实施例5：所用基板为金属钒，厚度3mm，一侧涂层为锑，厚度0.4mm，其中涂层侧为负极，其他材料见表1。
实施例6：所用基板为金属铝，厚度3mm，一侧涂层为钋，厚度0.4mm，其中涂层侧为负极，其他材料见表1。
实施例7：所用基板为金属钴，厚度3mm，一侧涂层为钨，厚度0.6mm，其中涂层侧为负极，其他材料见表1。
实施例8：所用基板为金属钽，厚度0.2mm，一侧涂层为铋，厚度1.5mm，其中涂层侧为负极，其他材料见表1。
实施例9：所用基板为金属铝，厚度3mm，一侧涂层为银，厚度0.3mm，其中涂层侧为负极，其他材料见表1。
实施例10：所用基板为金属铅，厚度2mm，一侧涂层为钽，厚度0.2mm，其中涂层侧为正极，其他材料见表1。
实施例11：所用基板为金属锡，厚度0.1mm，一侧涂层为铬，厚度1mm，其中涂层侧为正极，其他材料见表1。
实施例12：所用基板为金属锑，厚度0.2mm，一侧涂层为钒，厚度1mm，其中涂层侧为正极，其他材料见表1。
实施例13：所用基板为金属钋，厚度0.1mm，一侧涂层为铝，厚度1mm，其中涂层侧为正极，其他材料见表1。
实施例14：所用基板为金属钨，厚度0.3mm，一侧涂层为钴，厚度0.6mm，其中涂层侧为正极，其他材料见表1。
实施例15：所用基板为金属铋，厚度2mm，一侧涂层为钽，厚度0.2mm，其中涂层侧为正极，其他材料见表1。
实施例16：所用基板为金属银，厚度1.5mm，一侧涂层为铬，厚度1mm，其中涂层侧为正极，其他材料见表1。
实施例17：所用基板为金属铜，厚度0.5mm，两侧均涂覆碳，厚度1mm，其他材料见表1。
实施例18：所用基板为金属铜，厚度1mm，正极侧涂层为钽，厚度为0.2mm，负极侧涂层为铅，厚度0.2mm，其他材料见表1。
实施例19：所用基板为镍铜合金，厚度0.5mm，正极侧涂层为铬，厚度为0.2mm，负极侧涂层为锡，厚度0.3mm，其他材料见表1。
实施例20：所用基板为镍钛合金，厚度1.5mm，正极侧涂层为钒，厚度为0.3mm，负极侧涂层为锑，厚度0.9mm，其他材料见表1。
实施例21：所用基板为铝铜合金，厚度2mm，正极侧涂层为铝，厚度为0.5mm，负极侧涂层为钋，厚度0.2mm，其他材料见表1。
实施例22：所用基板为铁，厚度3mm，正极侧涂层为镍，厚度为0.3mm，负极侧涂层为银，厚度1mm，其他材料见表1。
实施例23：所用基板为金属钛，厚度2.5mm，正极侧涂层为钴，厚度为1mm，负极侧涂层为铋，厚度0.5mm，其他材料见表1。
实施例24：所用基板为金属铜，厚度0.1mm，正极侧涂层为钴，厚度为1mm，负极侧涂层为铋，厚度0.5mm，其他材料见表1。
实施例25：所用基板为金属铜，厚度1mm，正极侧涂层为钒，厚度为0.5mm，负极侧涂层为碳，厚度0.2mm，其他材料见表1。
实施例26：所用基板为金属镍钴合金，厚度2mm，一侧涂层为钨，厚度0.6mm，其中涂层侧为负极，其他材料见表1。
实施例27：所用基板为镍铜合金，厚度0.2mm，正极侧碳涂层厚度为0.6mm，负极侧碳涂层厚度为1mm，其他材料见表1。
实施例28：所用基板为汞，厚度1mm，一侧涂层为碳，厚度0.2mm，其中涂层侧为正极，其他材料见表1。
表2对比例与实施例使用效果对比
由表2可知，与碳塑双极板和无孔石墨双极板相比，金属和碳组成的双层或者三层结构以及金属与金属组成的三层结构，降低了全钒液流电池的欧姆内阻，提高了液流储能电池的能量效率和电压效率。

Claims (10)

1.一种全钒液流电池用双极板，其特征在于，为两层结构，所述的两层结构中至少有一层为金属层，所述的金属层为耐正极环境腐蚀的金属层或耐负极环境腐蚀的金属层。
2.如权利要求1所述的全钒液流电池用双极板，其特征在于，所述的耐正极环境腐蚀的金属层材质为含钽、铬、钒、铝、镍、钴、钛中任一种金属元素的单质或合金。
3.如权利要求1所述的全钒液流电池用双极板，其特征在于，所述的耐负极环境腐蚀的金属层材质为含铅、锡、锑、钋、钨、铋、银、汞中任一种金属元素的单质或合金。
4.如权利要求2或3所述的全钒液流电池用双极板，其特征在于，所述的金属层厚度为0.1mm-3mm。
5.如权利要求2或3所述的全钒液流电池用双极板，其特征在于，所述的金属层厚度为1.0mm。
6.如权利要求1所述的全钒液流电池用双极板，其特征在于，所述的双极板包括两层，分别为金属层和碳涂层，所述的金属层材质为耐正极环境腐蚀的金属或耐负极环境腐蚀的金属，所述碳涂层的厚度为金属层厚度的0.1倍-10倍。
7.如权利要求1所述的全钒液流电池用双极板，其特征在于，所述的双极板包括两层，分别为金属层和碳涂层，所述的金属层材质为耐正极环境腐蚀的金属或耐负极环境腐蚀的金属，所述碳涂层的厚度为金属层厚度的0.2倍。
8.一种全钒液流电池用双极板，其特征在于，为三层结构，中间层为不耐正极环境腐蚀的金属层或不耐负极环境腐蚀的金属层，在中间层的两侧分别涂覆碳涂层，所述金属层的厚度为0.1mm-3mm，所述碳涂层的厚度为金属层厚度的0.1倍-10倍。
9.一种全钒液流电池用双极板，其特征在于，为三层结构，中间层为不耐正极环境腐蚀的金属层或不耐负极环境腐蚀的金属层，在中间层的一侧涂覆耐正极环境腐蚀的金属层，在中间层的另一侧涂覆耐负极环境腐蚀的金属层，所述的金属层厚度为0.1mm-3mm，两侧金属层的厚度均为中间金属层厚度的0.1倍-10倍。
10.如权利要求9所述的全钒液流电池用双极板，其特征在于，所述的金属层厚度为1mm，所述两侧金属层的厚度均为中间金属层厚度的0.2倍。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109524682A (zh) * 2018-11-12 2019-03-26 临沂市产品质量监督检验所 一种全钒液流电池用金属复合双极板及其制备方法
CN117525472A (zh) * 2024-01-08 2024-02-06 武汉科技大学 一种新型质子交换膜燃料电池金属双极板及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001189156A (ja) * 2000-01-06 2001-07-10 Sumitomo Electric Ind Ltd 電池用電極および電池
CN101069315A (zh) * 2005-05-25 2007-11-07 日立电线株式会社 燃料电池用隔板以及其制造方法
CN102468490A (zh) * 2010-11-19 2012-05-23 中国科学院金属研究所 全钒液流电池不锈钢双极板表面碳化铬/石墨复合涂层
CN102623720A (zh) * 2012-04-01 2012-08-01 大连海事大学 一种含钨改性层的燃料电池金属双极板及其制造方法
CN105355940A (zh) * 2015-12-03 2016-02-24 重庆动沃机车产业有限公司 表面覆有碳膜的金属材料
KR101813405B1 (ko) * 2016-10-28 2017-12-28 인하대학교 산학협력단 바나듐 레독스 플로우 배터리용 이리듐 산화물이 코팅된 타이타늄 기반 바이폴라 플레이트 및 이의 제조방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001189156A (ja) * 2000-01-06 2001-07-10 Sumitomo Electric Ind Ltd 電池用電極および電池
CN101069315A (zh) * 2005-05-25 2007-11-07 日立电线株式会社 燃料电池用隔板以及其制造方法
CN102468490A (zh) * 2010-11-19 2012-05-23 中国科学院金属研究所 全钒液流电池不锈钢双极板表面碳化铬/石墨复合涂层
CN102623720A (zh) * 2012-04-01 2012-08-01 大连海事大学 一种含钨改性层的燃料电池金属双极板及其制造方法
CN105355940A (zh) * 2015-12-03 2016-02-24 重庆动沃机车产业有限公司 表面覆有碳膜的金属材料
KR101813405B1 (ko) * 2016-10-28 2017-12-28 인하대학교 산학협력단 바나듐 레독스 플로우 배터리용 이리듐 산화물이 코팅된 타이타늄 기반 바이폴라 플레이트 및 이의 제조방법

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109524682A (zh) * 2018-11-12 2019-03-26 临沂市产品质量监督检验所 一种全钒液流电池用金属复合双极板及其制备方法
CN117525472A (zh) * 2024-01-08 2024-02-06 武汉科技大学 一种新型质子交换膜燃料电池金属双极板及其制备方法
CN117525472B (zh) * 2024-01-08 2024-04-16 武汉科技大学 一种质子交换膜燃料电池金属双极板及其制备方法

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