CN116505049B - 一种液流电池用一体化电芯及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液流电池用一体化电芯及其制作方法，至少包括以下步骤：步骤S1：采用高分子导电材料制作含有流体进出口和流道的极板；步骤S2：在流道的表面生长活性物质；步骤S3：将流体进出口，及距离流体进出口预设距离的流道进行绝缘化处理；步骤S4：利用填充物填平流道，并在极板除流道外的表面区域涂抹混合物，得到预处理极板；步骤S5：在相邻预处理极板位于流道的侧表面浇筑质子交换树脂，形成电芯组；步骤S6：清理电芯组中的填充物，形成液流电池用一体化电芯。本发明缩短了电子传输距离，电解液中的活性物质随着液流逐步发生反应，能够有效促进氧化还原反应的进行，进而提高电池的效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种一体化电芯技术领域，尤其涉及一种液流电池用一体化电芯及其制作方法。
背景技术
储能技术能够解决绿色低碳能源发电的波动性、间歇性和不可预测性等问题，电网系统调峰填谷，实现可再生能源发电规模化利用和平滑功率输出，从而提高电网对可再生能源发电的接入和消纳能力。世界现有的储能技术手段主要有物理储能、化学储能和电磁储能三类。在众多的化学储能技术之中，氧化还原液流电池因其较长的循环寿命、灵活的电池设计、响应快速、较高的安全性和相对较低的成本等特点被人们认为是最有前途和最具竞争力的化学储能系统之一。
目前，液流电池电堆需要进一步提高功率密度，降低成本，因此需要对电堆进一步优化，如减小电堆厚度、提高电堆效率、减少原材料用量等。因此，开发一种新型液流电池结构，对于解决上述问题具有十分重要的意义。虽然目前已有一体化极板、一体化电极等方案的提出，但电堆的整体结构仍未得到根本性的改变，尤其在液流电池电堆厚度、成本以及效率等方面的优化不够显著，仍需要进行更多的尝试和创新。
为此，我们提出了一种液流电池用一体化电芯及其制作方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液流电池用一体化电芯及其制作方法，以减小电堆厚度、提高电堆效率、减少原材料用量，进而提高电堆功率密度，降低成本。
本发明采用的技术方案如下：
一种液流电池用一体化电芯的制作方法，至少包括以下步骤：
步骤S1：采用高分子导电材料制作含有流体进出口和流道的极板；
步骤S2：在流道的表面生长活性物质；
步骤S3：将流体进出口，及距离流体进出口预设距离的流道进行绝缘化处理；
步骤S4：利用填充物填平流道，并在极板除流道外的表面区域涂抹含有苯乙烯和甲基丙烯酸酯的混合物，得到预处理极板；
步骤S5：在相邻预处理极板位于流道的侧表面浇筑质子交换树脂，经过贴合、微波、真空、干燥后首尾连接形成电芯组；
步骤S6：清理电芯组中的填充物，形成液流电池用一体化电芯。
作为优选，步骤S1中，
所述高分子导电材料选自聚苯胺、导电聚乙烯（PE）、导电聚丙烯（PP）中的至少一种；
制作所述极板的方法选自压铸法、物理雕刻法、化学刻蚀法中的至少一种；
所述极板的厚度为0.6~2.1mm；
作为优选，所述极板的厚度为0.6mm、1.0mm、1.5mm、2.1mm中的任意值或两值之间的范围值。
所述流道的深度为0.2~0.7mm，且所述流道的深度不大于所述极板厚的1/3。
作为优选，所述流道的深度为0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm中的任意值或两值之间的范围值。
作为优选，步骤S2中，
所述极板中的正极流道的表面生长的所述活性物质选自碳气凝胶、碳纳米管、碳纤维中的至少一种；
所述极板中的负极流道的表面生长的所述活性物质选自碳气凝胶、碳纳米管、碳纤维中的至少一种与氧化铱、氧化钨、银、金中的至少一种复合；
所述活性物质的生长方式选自等离子体-化学接枝、化学气相沉积、电化学沉积中的至少一种。
作为优选，步骤S3中，
所述预设距离为10~100mm；
作为优选，所述预设距离为10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm中的任意值或两值之间的范围值。
所述绝缘化处理的方法为喷涂绝缘材料；
所述绝缘材料选自热熔胶、绝缘漆、PP、PE中的至少一种；
喷涂的厚度为1~10μm。
作为优选，喷涂的厚度为1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm中的任意值或两值之间的范围值。
作为优选，步骤S4中，
所述填充物选自碳酸钙、碳酸钠、二氧化硅中的至少一种；
所述填充物使用前需经过研磨，研磨后的所述填充物的粒径为0.5~10μm；
作为优选，研磨后的所述填充物的粒径为0.5μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm中的任意值或两值之间的范围值。
苯乙烯与甲基丙烯酸酯的质量比为1:1；
所述预处理极板的平面度为0.01~0.5mm。
所述预处理极板的平面度为0.01mm、0.05mm、0.1mm、0.15mm、0.2mm、0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm、0.5mm中的任意值或两值之间的范围值。
作为优选，步骤S5中，
所述质子交换树脂的厚度为30~50μm；
作为优选，所述质子交换树脂的厚度为30μm、40μm、50μm中的任意值或两值之间的范围值。
所述质子交换树脂选自全氟磺酸树脂、聚苯乙烯磺酸树脂、磺化聚醚醚酮树脂中的至少一种；
所述微波的功率为120W，频率为900MHz，反应时间10 min；
所述真空的温度为50℃；
所述干燥的时间为5h。
作为优选，步骤S6中，
所述清理的方法为：将所述电芯组浸渍于硫酸溶液后，取出；利用注射泵沿流体进出口注射硫酸；随后，注射蒸馏水清洗流道；最后，采用真空干燥箱干燥。
作为优选，硫酸的浓度为3M，浸渍时间为3h；
注射的速度为5mL/min；
真空干燥箱的温度为50℃，干燥的时间为2h。
本发明还提供一种液流电池用一体化电芯，由上述任一项所述的制作方法制作得到。
本发明还提供一种液流电池用一体化电芯的应用，上述任一项所述的制作方法制作得到的液流电池用一体化电芯或上述所述的液流电池用一体化电芯应用于液流电池。
本发明的有益效果是：
1、本发明制作的一种液流电池用一体化电芯，极板上的流道内负载具有丰富的活性位点的材料，流道内的三个面都能提供活性物质的反应场所，并且缩短了电子传输距离，电解液中的活性物质随着液流逐步发生反应，能够有效促进氧化还原反应的进行，进而提高电池的效率。
2、本发明制作的一种液流电池用一体化电芯，极板可以同时作为反应场所、电流收集体、电流传输体，相较于传统的液流电池电芯，减小了因不同部件之间接触电阻带来的效率损失、能量损失，能够有效地提升电池的电压效率和能量效率。
3、本发明制作的一种液流电池用一体化电芯，相较于传统的液流电池电芯，不需要使用石墨毡等原材料，明显降低了电芯厚度、材料使用量、生产成本等，为液流电池的小型化、高性价比、应用场景提供了一种新的解决方案。
附图说明
图1为本发明一种液流电池用一体化电芯的单电芯主要结构；
图2为本发明一种液流电池用一体化电芯的组装的电堆结构示意图；
图3为本发明一种液流电池用一体化电芯的极板的正极侧流道结构；
图4为本发明一种液流电池用一体化电芯的极板的负极侧流道结构；
图5为本发明一种液流电池用一体化电芯的组装的电堆爆炸图（左旋）；
图6为本发明一种液流电池用一体化电芯的组装的电堆爆炸图（右旋）；
图7为本发明实施例1一种液流电池用一体化电芯的正极活性流道表面SEM图；
图8为本发明实施例1一种液流电池用一体化电芯的负极活性流道表面SEM图。
附图标记说明
1-正极侧极板，2-质子交换树脂，3-负极侧极板，4-进出液侧端板，5-正极进液口，6-负极进液口，7-负极出液口，8-正极出液口，9-铜板，10-单面正极流道极板，11-双面流道极板，12-单面负极流道极板，13-底部端板，14-绝缘流道，15-活性流道。
具体实施方式
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1-图6，本发明提供一种液流电池用一体化电芯的制作方法，至少包括以下步骤：
步骤S1：采用高分子导电材料制作含有流体进出口和流道的极板；
需要说明的是，流体进出口包含正极进液口5、负极进液口6、负极出液口7和正极出液口8；
流道包含绝缘流道14和活性流道15；
整个的极板包括单面正极流道极板10、双面流道极板11和单面负极流道极板12，实际按照附图2、5和6中的具体放置位置不同，具体地为中间的极板两侧均含有流道，即为双面流道极板11，位于端部的极板只有一侧含有流道，即分为单面正极流道极板10和单面负极流道极板12。
步骤S2：在流道的表面生长活性物质；
具体地，在活性流道15区域的表面生长活性物质，如图3中为极板的正极侧流道结构，如图4中的极板的负极侧流道结构；
步骤S3：将流体进出口，及距离流体进出口预设距离的流道进行绝缘化处理；
需要说明的是，距离流体进出口预设距离的流道进行绝缘化处理，此处将距离流体进出口预设距离的流道作为绝缘流道14，即对绝缘流道14进行绝缘化处理。
步骤S4：利用填充物填平流道，并在极板除流道外的表面区域涂抹含有苯乙烯和甲基丙烯酸酯的混合物，得到预处理极板；
步骤S5：在相邻经过预处理的极板表面浇筑质子交换树脂2，经过贴合、微波、真空、干燥后首尾连接形成电芯组；
步骤S6：清理电芯组中的填充物，形成液流电池用一体化电芯。
最后，利用液流电池用一体化电芯的两端采用含有铜板9的进出液侧端板4和底部端板13进行压合，电芯组的外表面采用密封胶密封，形成液流电池用含一体化电芯组的电堆。
实施例中，如无特别说明，在流道的表面生长活性物质均指在活性流道区域的表面生长活性物质；对距离流体进出口预设距离的流道进行绝缘化处理均指绝缘流道进行绝缘化处理。
实施例1
步骤S1：采用高分子导电材料聚苯胺采用压铸法制作含有流体进出口和流道的极板，极板的厚度为0.6mm，流道的深度为0.2mm；
步骤S2：在流道的表面采用等离子体-化学接枝生长活性物质；
所述极板中的正极流道的表面生长的所述活性物质选自碳纳米管；
所述极板中的负极流道的表面生长的所述活性物质选自碳纳米管与氧化钨的复合；
步骤S3：将流体进出口，及距离流体进出口10mm的流道进行绝缘化处理，喷涂厚度为1μm的绝缘漆；
步骤S4：利用粒径为0.5μm的填充物二氧化硅填平流道，并在极板除流道外的表面区域涂抹含有苯乙烯和甲基丙烯酸酯的质量比为1:1的混合物，得到平面度为0.05mm的预处理极板；
步骤S5：在相邻预处理极板位于流道的侧表面浇筑厚度为50μm的全氟磺酸树脂，经过贴合、功率为120W，频率为900MHz的微波反应时间10min、50℃的真空下、干燥5h后首尾连接形成含有5个单电芯的电芯组；
步骤S6：将所述电芯组浸渍于3M硫酸溶液后，浸渍时间为3h，取出；利用注射泵沿流体进出口以速度为5mL/min注射硫酸；随后，注射蒸馏水清洗流道；最后，采用真空干燥箱温度为50℃，干燥2h，清理电芯组中的填充物，形成液流电池用一体化电芯，如图7所示为正极流道表面SEM图，如图8所示为负极流道表面SEM图。
实施例2
步骤S1：采用高分子导电材料导电PE采用压铸法制作含有流体进出口和流道的极板，极板的厚度为1mm，流道的深度为0.3mm；
步骤S2：在流道的表面采用化学气相沉积生长活性物质；
所述极板中的正极流道的表面生长的所述活性物质选自碳纤维；
所述极板中的负极流道的表面生长的所述活性物质选自碳纤维与氧化铱的复合；
步骤S3：将流体进出口，及距离流体进出口30mm的流道进行绝缘化处理，喷涂厚度为10μm的绝缘漆；
步骤S4：利用粒径为8μm的填充物二氧化硅填平流道，并在极板除流道外的表面区域涂抹含有苯乙烯和甲基丙烯酸酯的质量比为1:1的混合物，得到平面度为0.1mm的预处理极板；
步骤S5：在相邻预处理极板位于流道的侧表面浇筑厚度为40μm的聚苯乙烯磺酸树脂，经过贴合、功率为120W，频率为900MHz的微波反应时间10min、50℃的真空下、干燥5h后首尾连接形成含有10个单电芯的电芯组；
步骤S6：将所述电芯组浸渍于3M硫酸溶液后，浸渍时间为3h，取出；利用注射泵沿流体进出口以速度为5mL/min注射硫酸；随后，注射蒸馏水清洗流道；最后，采用真空干燥箱温度为50℃，干燥2h，清理电芯组中的填充物，形成液流电池用一体化电芯。
实施例3
步骤S1：采用高分子导电材料聚苯胺采用物理雕刻法制作含有流体进出口和流道的极板，极板的厚度为1.5mm，流道的深度为0.5mm；
步骤S2：在流道的表面采用等离子体-化学接枝生长活性物质；
所述极板中的正极流道的表面生长的所述活性物质选自碳纳米管；
所述极板中的负极流道的表面生长的所述活性物质选自碳纳米管与银的复合；
步骤S3：将流体进出口，及距离流体进出口80mm的流道进行绝缘化处理，喷涂厚度为3μm的热熔胶；
步骤S4：利用粒径为10μm的填充物碳酸钠填平流道，并在极板除流道外的表面区域涂抹含有苯乙烯和甲基丙烯酸酯的质量比为1:1的混合物，得到平面度为0.5mm的预处理极板；
步骤S5：在相邻预处理极板位于流道的侧表面浇筑厚度为35μm的全氟磺酸树脂，经过贴合、功率为120W，频率为900MHz的微波反应时间10min、50℃的真空下、干燥5h后首尾连接形成含有20个单电芯的电芯组；
步骤S6：将所述电芯组浸渍于3M硫酸溶液后，浸渍时间为3h，取出；利用注射泵沿流体进出口以速度为5mL/min注射硫酸；随后，注射蒸馏水清洗流道；最后，采用真空干燥箱温度为50℃，干燥2h，清理电芯组中的填充物，形成液流电池用一体化电芯。
实施例4
步骤S1：采用高分子导电材料导电PE采用物理雕刻法制作含有流体进出口和流道的极板，极板的厚度为1.2mm，流道的深度为0.3mm；
步骤S2：在流道的表面采用电化学沉积生长活性物质；
所述极板中的正极流道的表面生长的所述活性物质选自碳纳米管；
所述极板中的负极流道的表面生长的所述活性物质选自碳纳米管与氧化铱的复合；
步骤S3：将流体进出口，及距离流体进出口100mm的流道进行绝缘化处理，喷涂厚度为5μm的PP；
步骤S4：利用粒径为7μm的填充物碳酸钠填平流道，并在极板除流道外的表面区域涂抹含有苯乙烯和甲基丙烯酸酯的质量比为1:1的混合物，得到平面度为0.4mm的预处理极板；
步骤S5：在相邻预处理极板位于流道的侧表面浇筑厚度为35μm的全氟磺酸树脂，经过贴合、功率为120W，频率为900MHz的微波反应时间10min、50℃的真空下、干燥5h后首尾连接形成含有5个单电芯的电芯组；
步骤S6：将所述电芯组浸渍于3M硫酸溶液后，浸渍时间为3h，取出；利用注射泵沿流体进出口以速度为5mL/min注射硫酸；随后，注射蒸馏水清洗流道；最后，采用真空干燥箱温度为50℃，干燥2h，清理电芯组中的填充物，形成液流电池用一体化电芯。
实施例5
步骤S1：采用高分子导电材料聚苯胺采用压铸法制作含有流体进出口和流道的极板，极板的厚度为2.1mm，流道的深度为0.7mm；
步骤S2：在流道的表面采用等离子体-化学接枝生长活性物质碳气凝胶；
所述极板中的正极流道的表面生长的所述活性物质选自碳气凝胶；
所述极板中的负极流道的表面生长的所述活性物质选自碳气凝胶与银的复合；
步骤S3：将流体进出口，及距离流体进出口60mm的流道进行绝缘化处理，喷涂厚度为2μm的热熔胶；
步骤S4：利用粒径为6μm的填充物二氧化硅填平流道，并在极板除流道外的表面区域涂抹含有苯乙烯和甲基丙烯酸酯的质量比为1:1的混合物，得到平面度为0.01mm的预处理极板；
步骤S5：在相邻预处理极板位于流道的侧表面浇筑厚度为30μm的磺化聚醚醚酮树脂，经过贴合、功率为120W，频率为900MHz的微波反应时间10min、50℃的真空下、干燥5h后首尾连接形成含有5个单电芯的电芯组；
步骤S6：将所述电芯组浸渍于3M硫酸溶液后，浸渍时间为3h，取出；利用注射泵沿流体进出口以速度为5mL/min注射硫酸；随后，注射蒸馏水清洗流道；最后，采用真空干燥箱温度为50℃，干燥2h，清理电芯组中的填充物，形成液流电池用一体化电芯。
实施例6
步骤S1：采用高分子导电材料导电PP采用化学刻蚀法制作含有流体进出口和流道的极板，极板的厚度为1.8mm，流道的深度为0.6mm；
步骤S2：在流道的表面采用电化学沉积生长活性物质碳气凝胶；
所述极板中的正极流道的表面生长的所述活性物质选自碳气凝胶；
所述极板中的负极流道的表面生长的所述活性物质选自碳气凝胶与金的复合；
步骤S3：将流体进出口，及距离流体进出口70mm的流道进行绝缘化处理，喷涂厚度为5μm的绝缘漆；
步骤S4：利用粒径为9μm的填充物碳酸钙填平流道，并在极板除流道外的表面区域涂抹含有苯乙烯和甲基丙烯酸酯的质量比为1:1的混合物，得到平面度为0.1mm的预处理极板；
步骤S5：在相邻预处理极板位于流道的侧表面浇筑厚度为40μm的全氟磺酸树脂，经过贴合、功率为120W，频率为900MHz的微波反应时间10min、50℃的真空下、干燥5h后首尾连接形成含有5个单电芯的电芯组；
步骤S6：将所述电芯组浸渍于3M硫酸溶液后，浸渍时间为3h，取出；利用注射泵沿流体进出口以速度为5mL/min注射硫酸；随后，注射蒸馏水清洗流道；最后，采用真空干燥箱温度为50℃，干燥2h，清理电芯组中的填充物，形成液流电池用一体化电芯。
实施例7
步骤S1：采用高分子导电材料聚苯胺采用化学刻蚀法制作含有流体进出口和流道的极板，极板的厚度为1.5mm，流道的深度为0.5mm；
步骤S2：在流道的表面采用化学气相沉积生长活性物质；
所述极板中的正极流道的表面生长的所述活性物质选自碳纳米管；
所述极板中的负极流道的表面生长的所述活性物质选自碳纳米管与氧化铱的复合；
步骤S3：将流体进出口，及距离流体进出口50mm的流道进行绝缘化处理，喷涂厚度为8μm的PP；
步骤S4：利用粒径为4μm的填充物碳酸钙填平流道，并在极板除流道外的表面区域涂抹含有苯乙烯和甲基丙烯酸酯的质量比为1:1的混合物，得到平面度为0.3mm的预处理极板；
步骤S5：在相邻预处理极板位于流道的侧表面浇筑厚度为38μm的聚苯乙烯磺酸树脂，经过贴合、功率为120W，频率为900MHz的微波反应时间10min、50℃的真空下、干燥5h后首尾连接形成含有5个单电芯的电芯组；
步骤S6：将所述电芯组浸渍于3M硫酸溶液后，浸渍时间为3h，取出；利用注射泵沿流体进出口以速度为5mL/min注射硫酸；随后，注射蒸馏水清洗流道；最后，采用真空干燥箱温度为50℃，干燥2h，清理电芯组中的填充物，形成液流电池用一体化电芯。
实施例8
步骤S1：采用高分子导电材料导电PP采用压铸法制作含有流体进出口和流道的极板，极板的厚度为1.2mm，流道的深度为0.4mm；
步骤S2：在流道的表面采用电化学沉积生长活性物质；
所述极板中的正极流道的表面生长的所述活性物质选自碳纤维；
所述极板中的负极流道的表面生长的所述活性物质选自碳纤维与氧化铱的复合；
步骤S3：将流体进出口，及距离流体进出口30mm的流道进行绝缘化处理，喷涂厚度为7μm的热熔胶；
步骤S4：利用粒径为6μm的填充物二氧化硅填平流道，并在极板除流道外的表面区域涂抹含有苯乙烯和甲基丙烯酸酯的质量比为1:1的混合物，得到平面度为0.2mm的预处理极板；
步骤S5：在相邻预处理极板位于流道的侧表面浇筑厚度为43μm的全氟磺酸树脂，经过贴合、功率为120W，频率为900MHz的微波反应时间10min、50℃的真空下、干燥5h后首尾连接形成含有5个单电芯的电芯组；
步骤S6：将所述电芯组浸渍于3M硫酸溶液后，浸渍时间为3h，取出；利用注射泵沿流体进出口以速度为5mL/min注射硫酸；随后，注射蒸馏水清洗流道；最后，采用真空干燥箱温度为50℃，干燥2h，清理电芯组中的填充物，形成液流电池用一体化电芯。
实施例9
步骤S1：采用高分子导电材料聚苯胺采用化学刻蚀法制作含有流体进出口和流道的极板，极板的厚度为0.9mm，流道的深度为0.3mm；
步骤S2：在流道的表面采用等离子体-化学接枝生长活性物质；
所述极板中的正极流道的表面生长的所述活性物质选自碳纤维；
所述极板中的负极流道的表面生长的所述活性物质选自碳纤维与金的复合；
步骤S3：将流体进出口，及距离流体进出口40mm的流道进行绝缘化处理，喷涂厚度为9μm的PE；
步骤S4：利用粒径为7μm的填充物二氧化硅填平流道，并在极板除流道外的表面区域涂抹含有苯乙烯和甲基丙烯酸酯的质量比为1:1的混合物，得到平面度为0.4mm的预处理极板；
步骤S5：在相邻预处理极板位于流道的侧表面浇筑厚度为45μm的磺化聚醚醚酮树脂，经过贴合、功率为120W，频率为900MHz的微波反应时间10min、50℃的真空下、干燥5h后首尾连接形成含有5个单电芯的电芯组；
步骤S6：将所述电芯组浸渍于3M硫酸溶液后，浸渍时间为3h，取出；利用注射泵沿流体进出口以速度为5mL/min注射硫酸；随后，注射蒸馏水清洗流道；最后，采用真空干燥箱温度为50℃，干燥2h，清理电芯组中的填充物，形成液流电池用一体化电芯。
实施例10
步骤S1：采用高分子导电材料导电PP采用物理雕刻法制作含有流体进出口和流道的极板，极板的厚度为1.5mm，流道的深度为0.5mm；
步骤S2：在流道的表面采用化学气相沉积生长活性物质；
所述极板中的正极流道的表面生长的所述活性物质选自碳纳米管；
所述极板中的负极流道的表面生长的所述活性物质选自碳纳米管与氧化铱的复合；
步骤S3：将流体进出口，及距离流体进出口60mm的流道进行绝缘化处理，喷涂厚度为3μm的热熔胶；
步骤S4：利用粒径为3μm的填充物碳酸钠填平流道，并在极板除流道外的表面区域涂抹含有苯乙烯和甲基丙烯酸酯的质量比为1:1的混合物，得到平面度为0.5mm的预处理极板；
步骤S5：在相邻预处理极板位于流道的侧表面浇筑厚度为40μm的磺化聚醚醚酮树脂，经过贴合、功率为120W，频率为900MHz的微波反应时间10min、50℃的真空下、干燥5h后首尾连接形成含有5个单电芯的电芯组；
步骤S6：将所述电芯组浸渍于3M硫酸溶液后，浸渍时间为3h，取出；利用注射泵沿流体进出口以速度为5mL/min注射硫酸；随后，注射蒸馏水清洗流道；最后，采用真空干温度为50℃，干燥2h，清理电芯组中的填充物，形成液流电池用一体化电芯。
对比例1
常规结构和堆叠方式组成含有5个电芯的电堆，其中单电芯石墨毡厚度为6mm，质子交换膜厚度为50μm，极板厚度为1mm。
将实施例1-实施例10制作的液流电池用一体化电芯的端部与端板、绝缘板、集流板进行压合，电芯组的外表面采用密封胶密封，制作成液流电池用含一体化电芯组的电堆；实施例1-10单电芯厚度为隔膜厚度、极板厚度之和，对比例1单电芯厚度为石墨毡压缩后的厚度（20%压缩率）、隔膜厚度、极板厚度之和。实施例与对比例1的电堆在同一测试条件下的测试结果如表1所示：
表1 电堆结果汇总表
由表1可见，相较于对比例1，实施例1-实施例10具有更高的电压效率及能量效率，主要是由于本发明制作的一种液流电池用一体化电芯，极板上的流道内负载具有丰富的活性位点的材料，流道内的三个面都能提供活性物质的反应场所，并且缩短了电子传输距离，电解液中的活性物质随着液流逐步发生反应，能够有效促进氧化还原反应的进行。此外极板作为反应场所、电流收集体、电流传输体，相较于传统的液流电池电芯，减小了因不同部件之间接触电阻带来的效率损失、能量损失，能够有效地提升电池的电压效率和能量效率。相较于对比例1，实施例1-实施例10具有更薄的电芯和更低的成本，主要是由于本发明制作的一种液流电池用一体化电芯相较于传统的液流电池电芯，不需要使用石墨毡等原材料，能够有效降低电芯厚度、材料使用量、生产成本。此外，本发明通过电堆厚度和效率的优化进一步提升了电堆的功率密度。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种液流电池用一体化电芯的制作方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
步骤S1：采用高分子导电材料制作含有流体进出口和流道的极板；
步骤S2：在流道的表面生长活性物质；
步骤S3：将流体进出口，及距离流体进出口预设距离的流道进行绝缘化处理；
步骤S4：利用填充物填平流道，并在极板除流道外的表面区域涂抹含有苯乙烯和甲基丙烯酸酯的混合物，得到预处理极板；
步骤S5：在相邻预处理极板位于流道的侧表面浇筑质子交换树脂，经过贴合、微波、真空、干燥后首尾连接形成电芯组；
步骤S6：清理电芯组中的填充物，形成液流电池用一体化电芯。
2.根据权利要求1所述的一种液流电池用一体化电芯的制作方法，其特征在于，步骤S1中，
所述高分子导电材料选自聚苯胺、导电PE、导电PP中的至少一种；
制作所述极板的方法选自压铸法、物理雕刻法、化学刻蚀法中的至少一种；
所述极板的厚度为0.6～2.1mm；
所述流道的深度为0.2～0.7mm，且所述流道的深度不大于所述极板厚的1/3。
3.根据权利要求1所述的一种液流电池用一体化电芯的制作方法，其特征在于，步骤S2中，
所述极板中的正极流道的表面生长的所述活性物质选自碳气凝胶、碳纳米管、碳纤维中的至少一种；
所述极板中的负极流道的表面生长的所述活性物质选自碳气凝胶、碳纳米管、碳纤维中的至少一种与氧化铱、氧化钨、银、金中的至少一种复合；
所述活性物质的生长方式选自等离子体-化学接枝、化学气相沉积、电化学沉积中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种液流电池用一体化电芯的制作方法，其特征在于，步骤S3中，
所述预设距离为10～100mm；
所述绝缘化处理的方法为喷涂绝缘材料；
所述绝缘材料选自热熔胶、绝缘漆、PP、PE中的至少一种；
喷涂的厚度为1～10μm。
5.根据权利要求1所述的一种液流电池用一体化电芯的制作方法，其特征在于，步骤S4中，所述填充物选自碳酸钙、碳酸钠、二氧化硅中的至少一种；所述填充物使用前需经过研磨，研磨后的所述填充物的粒径为0.5～10μm；苯乙烯与甲基丙烯酸酯的质量比为1:1；所述预处理极板的平面度为0.01～0.5mm。
6.根据权利要求1所述的一种液流电池用一体化电芯的制作方法，其特征在于，步骤S5中，所述质子交换树脂的厚度为30～50μm；所述质子交换树脂选自全氟磺酸树脂、聚苯乙烯磺酸树脂、磺化聚醚醚酮树脂中的至少一种；所述微波的功率为120W，频率为900MHz，反应时间10min；所述真空的温度为50℃；所述干燥的时间为5h。
7.根据权利要求1所述的一种液流电池用一体化电芯的制作方法，其特征在于，步骤S6中，所述清理的方法为：将所述电芯组浸渍于硫酸溶液后，取出；利用注射泵沿流体进出口注射硫酸溶液；随后，注射蒸馏水清洗流道；最后，采用真空干燥箱干燥。
8.根据权利要求7所述的一种液流电池用一体化电芯的制作方法，其特征在于，硫酸溶液的浓度为3M，浸渍时间为3h；注射的速度为5mL/min；真空干燥箱的温度为50℃，干燥的时间为2h。
9.一种液流电池用一体化电芯，其特征在于，由权利要求1-8任一项所述的制作方法制作得到。
10.一种液流电池用一体化电芯的应用，其特征在于，权利要求1-8任一项所述的制作方法制作得到的液流电池用一体化电芯或权利要求9所述的液流电池用一体化电芯应用于液流电池。
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