本發(fā)明涉及液流電池，具體為一種液流電池碳纖維基電極及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、液流電池作為一種綠色二次電池，因其能量密度高、循環(huán)壽命長、安全性好等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于大規(guī)模儲能系統(tǒng)中。電極作為液流電池的關(guān)鍵組成部分，其性能直接影響液流電池的整體性能。碳纖維基電極由于其優(yōu)良的導電性和穩(wěn)定性，成為了液流電池電極的主要選擇。現(xiàn)有的碳纖維基電極制備方法主要包括預氧階段和碳化石墨化階段。在預氧階段，碳纖維經(jīng)過環(huán)化、脫氫、氧化等過程，形成具有高分子特性的碳纖維。在碳化石墨化階段，碳纖維經(jīng)歷收縮和結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，形成具有較強剛性的碳纖維。但上述中，現(xiàn)有的電極內(nèi)部缺乏有效的匯流孔，導致電解液在電極內(nèi)部的流動受阻，影響了電解液向隔膜側(cè)的對流傳質(zhì)，進而影響了液流電池的反應(yīng)速度和電壓效率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種液流電池碳纖維基電極及其制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中所提到的技術(shù)問題。

2、一種液流電池碳纖維基電極，所述液流電池碳纖維基電極包括電極基板，所述電極基板的表面開設(shè)有若干匯流孔，以在所述電極基板的電極側(cè)形成電解液傳輸通道，用于電解液由電極側(cè)向隔膜側(cè)流動；

3、所述匯流孔通過利用造孔填料在所述電極基板表面碳化造孔形成。

4、可選地，所述匯流孔的密度為1-15個/cm2；

5、優(yōu)選地，所述匯流孔的孔徑為0.2-3mm。

6、可選地，所述電極基板的厚度為0.5-5mm；

7、優(yōu)選地，所述匯流孔的孔深至少為所述電極基板的厚度的一半。

8、一種液流電池碳纖維基電極的制備方法，所述方法包括以下步驟：

9、選取電極基板原料，在所述電極基板原料的表面插入造孔填料；

10、對插有造孔填料的所述電極基板原料進行碳化處理，使得所述電極基板原料表面插有造孔填料的部位形成孔結(jié)構(gòu)；

11、對含有孔結(jié)構(gòu)的所述電極基板原料進行石墨化處理，得到所述液流電池碳纖維基電極。

12、可選地，所述電極基板原料選用碳基前驅(qū)體材料；

13、所述碳基前驅(qū)體材料為聚丙烯腈基碳氈、聚丙烯腈基石墨氈、聚丙烯腈基碳布或聚丙烯腈基碳紙；

14、優(yōu)選地，所述碳基前驅(qū)體材料的厚度為0.8-10mm。

15、可選地，所述方法還包括：在所述電極基板原料的表面插入造孔填料前，對所述電極基板原料進行預氧化處理；

16、所述預氧化處理條件為：在空氣氛圍下，處于270-290℃氧化處理85-95min。

17、可選地，所述造孔填料采用能夠在高溫燒結(jié)中不產(chǎn)生形變，且不發(fā)生碳化反應(yīng)的材料；

18、優(yōu)選地，所述造孔填料采用碳基材料；

19、進一步優(yōu)選地，所述造孔填料采用碳纖維束或高碳針。

20、可選地，所述造孔填料的直徑為1-3mm；

21、優(yōu)選地，所述造孔填料的刺入深度至少為所述電極基板原料的厚度的一半。

22、可選地，所述碳化處理的條件為：

23、碳化處理溫度為950-1050℃，碳化處理時間為1.8-2.2h；

24、優(yōu)選地，所述碳化處理在保護氣氛下進行。

25、可選地，所述石墨化處理的條件為：

26、石墨化處理溫度為1900-2300℃，石墨化處理時間為1-3h；

27、優(yōu)選地，所述石墨化處理在保護氣氛下進行。

28、本發(fā)明能產(chǎn)生的有益效果包括：

29、本發(fā)明所提供的一種液流電池碳纖維基電極及其制備方法，通過在液流電池碳纖維基電極的電極側(cè)設(shè)計密度均勻的匯流孔，以提高液流電池碳纖維基電極在垂直于隔膜方向上的電解液傳質(zhì)能力，加速活性物質(zhì)在近隔膜區(qū)間的快速傳輸，降低隔膜側(cè)電極表面離子傳輸層的厚度，提高電化學反應(yīng)速度，降低傳質(zhì)引起的極化，提升充放電過程中的電壓效率和電解液利用率，以解決現(xiàn)有技術(shù)中電解液在電極內(nèi)部流動受阻的問題，提高液流電池的整體性能。其中，該制備方法中匯流孔采用熱成型的方法，能夠避免碳纖維電極在后處理過程中出現(xiàn)纖維斷裂、氈體結(jié)構(gòu)破壞和孔回彈問題，具有不弱于未造孔電極的穩(wěn)定性。并且，該制備方法簡單，易于操作，適合于大規(guī)模生產(chǎn)，能夠降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。

技術(shù)特征：

1.一種液流電池碳纖維基電極，其特征在于，所述液流電池碳纖維基電極包括電極基板(1)，所述電極基板(1)的表面開設(shè)有若干匯流孔(2)，以在所述電極基板(1)的電極側(cè)形成電解液傳輸通道，用于電解液由電極側(cè)向隔膜側(cè)流動；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液流電池碳纖維基電極，其特征在于，所述匯流孔(2)的密度為1-15個/cm2；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液流電池碳纖維基電極，其特征在于，所述電極基板(1)的厚度為0.5-5mm；

4.一種液流電池碳纖維基電極的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種液流電池碳纖維基電極的制備方法，其特征在于，所述電極基板原料選用碳基前驅(qū)體材料；

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種液流電池碳纖維基電極的制備方法，其特征在于，所述方法還包括：在所述電極基板原料的表面插入造孔填料前，對所述電極基板原料進行預氧化處理；

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種液流電池碳纖維基電極的制備方法，其特征在于，所述造孔填料采用能夠在高溫燒結(jié)中不產(chǎn)生形變，且不發(fā)生碳化反應(yīng)的材料；

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種液流電池碳纖維基電極的制備方法，其特征在于，所述造孔填料的直徑為1-3mm；

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種液流電池碳纖維基電極的制備方法，其特征在于，所述碳化處理的條件為：

10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種液流電池碳纖維基電極的制備方法，其特征在于，所述石墨化處理的條件為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種液流電池碳纖維基電極及其制備方法，方法包括以下步驟：選取電極基板原料，在電極基板原料的表面插入造孔填料；對插有造孔填料的電極基板原料進行碳化處理，使得電極基板原料表面插有造孔填料的部位形成孔結(jié)構(gòu)；對含有孔結(jié)構(gòu)的電極基板原料進行石墨化處理，得到液流電池碳纖維基電極。通過在液流電池碳纖維基電極的電極側(cè)設(shè)計密度均勻的匯流孔，以提高液流電池碳纖維基電極在垂直于隔膜方向上的電解液傳質(zhì)能力，加速活性物質(zhì)在近隔膜區(qū)間的快速傳輸，降低隔膜側(cè)電極表面離子傳輸層的厚度，提高電化學反應(yīng)速度，降低傳質(zhì)引起的極化，以解決現(xiàn)有技術(shù)中電解液在電極內(nèi)部流動受阻的問題，提高液流電池的整體性能。

技術(shù)研發(fā)人員：李彬,朱先發(fā),張依,劉少可,李懷宇
受保護的技術(shù)使用者：陜西川承儲能科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26