CN116072907A - 一种液流电池电极双极板一体化材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及液流电池领域，特别是涉及一种液流电池电极双极板一体化材料及其制备方法和应用。所述制备方法包括以下步骤：(1)将电极材料以波纹折叠的方式重构形成波纹折叠结构电极；(2)将聚合物热熔，在波纹折叠结构电极材料的每个折叠波纹上沿长度方向对称填充聚合物填充线；(3)将聚合物填充线进行粘结和定型，形成聚合物填充层；(4)将步骤(3)构造的材料对应于聚合物填充层的位置，在材料四周粘结聚合物隔板，完成电极双极板一体化材料的构建。采用该方法制备的电极双极板一体化材料具有较强的可靠性、稳定性，同时该方法简单、易于实现，对于促进液流电池发展具有重要的作用。
Description
技术领域
本发明涉及液流电池领域，特别是涉及一种液流电池电极双极板一体化材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着经济的发展，对能源的需求日益增加，化石能源的大量消耗所引起的环境问题日益突显。大规模利用可再生能源、实现能源多样化成为世界各国能源安全和可持续发展的重要战略。但是风能，太阳能等再生能源的不连续性和不稳定性，使得他们的直接利用困难，所以利用储能技术，实现可再生能源的连续供应成为解决上述问题的关键。液流电池由于设计灵活(能量，功率分开设计)，安全性好，设计寿命长，已经成为大规模储能市场最优前景的技术之一。
双极板具有导电、阻隔正负极电解液的作用，目前常用的为碳素复合双极板，本体电阻较高，同时由于其表面为导电炭黑、石墨以及塑料聚合物的混合体，与电极之间的接触电阻较高，且双极板表面容易被腐蚀。因此开发电极双极板一体化材料，对于液流电池的发展具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术中的缺陷，采用多孔碳材料以波纹折叠的方式、并且相邻波纹粘结聚合物填充线，构造电极双极板一体化材料。
为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：
本发明一方面提供一种液流电池电极双极板一体化材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将电极材料以一定的波纹高度进行折叠，波纹高度为0.01-20mm，形成一个折叠波纹；
(2)将聚合物热熔，在折叠波纹的两侧沿长度方向对称填充聚合物填充线；
(3)重复(1)、(2)，完成下一个折叠波纹以及折叠波纹填充线的填充，将两个聚合物填充线进行粘结、定型；
(4)重复(3)N次，N≥0，N次折叠、粘结、定型后，形成聚合物填充层，聚合物填充层将折叠波纹分隔为两部分，分别为正极和负极；
(5)将步骤(4)构造的材料对应于聚合物填充层的位置，在材料四周粘结聚合物隔板，得到电极双极板一体化材料。
上述技术方案中，进一步地，所述电极双极板一体化材料的波纹间隙为0-1mm。
上述技术方案中，进一步地，所述折叠波纹的高度为0.01-20mm。
上述技术方案中，进一步地，所述聚合物填充线的宽度为0.05-2mm。
上述技术方案中，进一步地，所述电极材料为多孔碳材料，所述多孔碳材料包括碳纸、碳布、碳纤维毡，所述多孔碳材料的厚度为0.01-5mm。
上述技术方案中，进一步地，所述聚合物包括PP、PE、PVDF或PTFE。
上述技术方案中，进一步地，所述聚合物隔板表面为平面。
上述技术方案中，进一步地，所述聚合物隔板表面的正反面分别设置有电解液分配流道结构，所述电解液分配流道结构垂直或平行于电极折叠波纹间隙的方向。
本发明另一方面提供一种上述制备方法制得的液流电池电极双极板一体化材料的应用，所述电极双极板一体化材料按照电极折叠波纹间隙方向与电解液流动方向垂直或平行的形式放置在流场内，电解液垂直或平行流经电极折叠波纹而流出电极。
本发明的有益效果为：
本发明采用多孔碳材料以波纹折叠、聚合物填充线粘结的方式构造电极双极板一体化材料，聚合物填充线粘结后形成的聚合物填充层作为双极板，电极材料中间的聚合物填充层只起到阻隔正负极电解液的作用，替代了原来的双极板，正负极通过多孔碳材料导电，不存在电极与双极板之间的接触电阻，且正负极电极的高度可根据需求进行调节。因此，采用该方法制备的双极板具有较强的可靠性、稳定性，同时该方法简单、易于实现，对于促进液流电池发展具有重要的作用。
附图说明
图1为本发明电极双极板一体化材料结构示意图；
图2为实施例1中电极双极板一体化材料制备流程图；
其中：1、波纹折叠宽度；2、波纹折叠间隙；3、电极宽度；4、电极长度；5、聚合物填充线，501、聚合物填充线Ⅰ，502、聚合物填充线Ⅱ，503、聚合物填充线Ⅲ，504、聚合物填充线Ⅳ；6、碳布；7、聚合物填充层；8、电极；9、聚合物隔板。
具体实施方式
实施例1
1.电极双极板一体化材料的制备：
电极双极板一体化材料结构如图1所示，采用碳布作为多孔碳材料，PP作为聚合物，电极材料由碳布以折叠波纹的方式构成，双极板材料由聚合物PP填充线对称填充在相邻波纹之间，且相邻波纹上的聚合物PP填充线连接形成聚合物PP填充层构成，PP填充层将电极材料分隔成两部分，分别为正极和负极，折叠波纹的宽度为正极电极、负极电极与双极板厚度之和。
上述电极双极板一体化材料的制备方法包括如下步骤：
(1)将电极材料以一定的波纹高度进行折叠，波纹高度为7mm，形成一个折叠波纹；
(2)将PP加热至200℃，呈熔融状态，在折叠波纹的两侧沿长度方向对称填充聚合物PP填充线，PP填充线宽度为1mm；
(3)重复(1)、(2)，完成下一个折叠波纹以及折叠波纹填充线的填充，将两个聚合物填充线进行粘结、定型；
(4)重复(3)N次，N≥0，N次折叠、粘结、定型后，形成聚合物填充层，聚合物填充层将折叠波纹分隔为两部分，分别为正极和负极；
(5)将步骤(4)构造的材料对应于聚合物填充层的位置，在材料四周粘结聚合物PP隔板，PP隔板的宽度为5mm，完成电极双极板一体化材料的。
2.电池组装：
组装的电池有两节单电池组成，依次正极端板、正极双极板(4.5×4.5cm2)、正极电极(3×3cm2)、隔膜(Nafion211)、电极双极板一体化材料、隔膜(Nafion211)、负极电极(3×3cm2)、负极双极板(4.5×4.5cm2)、负极端板。
3.电池测试：
正负极电解液流速为50ml/min，充放电电流密度150mA/cm2，该电池的平均能量效率达到80％左右，循环寿命10000以上。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更改或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种液流电池电极双极板一体化材料的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
(1)将电极材料以一定的波纹高度进行折叠，波纹高度为0.01-20mm，形成一个折叠波纹；
(2)将聚合物热熔，在折叠波纹的两侧沿长度方向对称填充聚合物填充线；
(3)重复(1)、(2)，完成下一个折叠波纹以及折叠波纹填充线的填充，将两个聚合物填充线进行粘结、定型；
(4)重复(3)N次，N≥0，N次折叠、粘结、定型后，形成聚合物填充层，聚合物填充层将折叠波纹分隔为两部分，分别为正极和负极；
(5)将步骤(4)构造的材料对应于聚合物填充层的位置，在材料四周粘结聚合物隔板，得到电极双极板一体化材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述电极双极板一体化材料的波纹间隙为0-1mm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述折叠波纹的高度为0.01-20mm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述聚合物填充线的宽度为0.05-2mm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述电极材料为多孔碳材料，所述多孔碳材料包括碳纸、碳布、碳纤维毡，所述多孔碳材料的厚度为0.01-5mm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述聚合物包括PP、PE、PVDF或PTFE。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述聚合物隔板表面为平面。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述聚合物隔板表面的正反面分别设置有电解液分配流道结构，所述电解液分配流道结构垂直或平行于电极折叠波纹间隙的方向。
9.一种权利要求1-8任一项所述制备方法制得的液流电池电极双极板一体化材料的应用，其特征在于：所述电极双极板一体化材料按照电极折叠波纹间隙方向与电解液流动方向垂直或平行的形式放置在流场内，电解液垂直或平行流经电极折叠波纹而流出电极。
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