一種用于液流電池的電極組件、其制備方法及包含其的電池堆的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及液流電池技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種用于液流電池的電極組件、其制備方法及包含其的電池堆。
【背景技術(shù)】
[0002]液流電池是一類(lèi)新型電化學(xué)儲(chǔ)能體系，相比于其他儲(chǔ)能技術(shù)，液流電池具有功率大、容量大、能量轉(zhuǎn)換效率高、使用壽命長(zhǎng)、安全性高、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在與光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電配套的大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)、智能電網(wǎng)調(diào)峰、通訊基站以及分布式電源等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]現(xiàn)有的液流電池堆結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中10’為雙極板，20’為正極液流框，30’為正極多孔電極，40’為離子交換膜，50’為負(fù)極液流框，60’為負(fù)極多孔電極。其中正極多孔電極30’嵌套于正極液流框20’的中間鏤空部位，負(fù)極多孔電極60’嵌套于負(fù)極液流框50’的中間鏤空部位，各部件按圖中所示次序不斷重復(fù)疊放而成。其中，多孔電極(30’和60’)一般為可壓縮的碳?xì)只蚴珰?，其厚度大于液流?20’和50’)的厚度，通過(guò)雙極板10’將其壓至與液流框(20’和50’)厚度齊平，從而與雙極板30’形成電學(xué)接觸。通常，為了形成良好的電學(xué)接觸，碳?xì)值膲嚎s率一般在20%以上。然而，壓縮會(huì)降低碳?xì)謨?nèi)部孔隙率，導(dǎo)致電解液流動(dòng)阻力增大，系統(tǒng)栗耗損失大大增加；另一方面，現(xiàn)有電池結(jié)構(gòu)中，雙極板和液流框之間通過(guò)密封圈或密封墊片進(jìn)行密封，極大增加了電池堆的漏液風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也不利于電池堆的裝配及其成本降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在提供一種用于液流電池的電極組件、其制備方法及包含其的電池堆，提高液流電池系統(tǒng)的能量效率以及電池堆密封可靠性。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于液流電池的電極組件。該電極組件包括正極液流框、正極多孔電極、電解液隔板、負(fù)極液流框和負(fù)極多孔電極，正極液流框、正極多孔電極、電解液隔板、負(fù)極液流框和負(fù)極多孔電極一體化。
[0006]進(jìn)一步地，正極多孔電極、電解液隔板和負(fù)極多孔電極通過(guò)粘接、熱壓或樹(shù)脂浸漬的方法結(jié)合在一起形成第一部件，正極液流框上設(shè)置有用于嵌入正極多孔電極的第一空腔，負(fù)極液流框上設(shè)置有用于嵌入負(fù)極多孔電極的第二腔體，正極液流框、第一部件與負(fù)極液流框扣合在一起，正極液流框和負(fù)極液流框通過(guò)粘接、熱壓或激光焊接的方法結(jié)合在一起。
[0007]進(jìn)一步地，正極液流框、電解液隔板和負(fù)極液流框通過(guò)粘接、熱壓、激光焊接的方法結(jié)合在一起形成液流框組件，正極液流框上設(shè)置有用于嵌入正極多孔電極的第一空腔，負(fù)極液流框上設(shè)置有用于嵌入負(fù)極多孔電極的第二腔體，正極多孔電極通過(guò)粘接或熱壓的方法粘結(jié)于正極液流框的第一空腔內(nèi)，負(fù)極多孔電極通過(guò)粘接或熱壓的方法粘結(jié)于負(fù)極液流框的第二空腔內(nèi)。
[0008]進(jìn)一步地，正極液流框、電解液隔板和負(fù)極液流框通過(guò)注塑或3D打印的方法形成一體化的液流框組件，正極液流框上設(shè)置有用于嵌入正極多孔電極的第一空腔，負(fù)極液流框上設(shè)置有用于嵌入負(fù)極多孔電極的第二腔體，正極多孔電極通過(guò)粘接或熱壓的方法粘結(jié)于正極液流框的第一空腔內(nèi)，負(fù)極多孔電極通過(guò)粘接或熱壓的方法粘結(jié)于負(fù)極液流框的第二空腔內(nèi)。
[0009]進(jìn)一步地，正極液流框和負(fù)極液流框的構(gòu)造相同。
[0010]進(jìn)一步地，電解液隔板的材料為純樹(shù)脂或含有填料的樹(shù)脂，純樹(shù)脂包括聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、氟樹(shù)脂或環(huán)氧樹(shù)脂；填料的材料包括碳?xì)?、石墨氈、炭黑、碳纖維、石墨、碳納米管、蒙脫土或金屬粉；多孔電極的材料包括石墨氈、碳?xì)?、多孔?dǎo)電高分子材料以及多孔耐腐蝕金屬材料。
[0011 ] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種電池堆。該電池堆包括上述任一種電極組件。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種上述電極組件的制備方法。該制備方法包括制備正極液流框、正極多孔電極、電解液隔板、負(fù)極液流框和負(fù)極多孔電極，然后將正極液流框、正極多孔電極、電解液隔板、負(fù)極液流框和負(fù)極多孔電極進(jìn)行一體化得到電極組件。
[0013]進(jìn)一步地，一體化包括以下步驟:SI，采用粘接、熱壓或樹(shù)脂浸漬的方法將正極多孔電極、電解液隔板和負(fù)極多孔電極結(jié)合在一起形成第一部件；S2，將正極液流框、第一部件與負(fù)極液流框扣合在一起，采用粘接、熱壓或激光焊接的方法將正極液流框和負(fù)極液流框結(jié)合在一起得到電極組件。
[0014]進(jìn)一步地，包括以下步驟:S1，采用粘接、熱壓或激光焊接的方法將正極液流框、電解液隔板和負(fù)極液流框結(jié)合在一起形成液流框組件；S2，采用粘接或熱壓的方法將正極多孔電極粘結(jié)于正極液流框上用于嵌入正極多孔電極的第一空腔內(nèi)，采用粘接或熱壓的方法將負(fù)極多孔電極粘結(jié)于負(fù)極液流框上用于嵌入負(fù)極多孔電極的第二空腔內(nèi)。
[0015]進(jìn)一步地，包括以下步驟:S1，采用注塑或3D打印的方法將正極液流框、電解液隔板和負(fù)極液流框形成一體化的液流框組件；S2，采用粘接或熱壓的方法將正極多孔電極粘結(jié)于正極液流框上用于嵌入正極多孔電極的第一空腔內(nèi)，采用粘接或熱壓的方法將負(fù)極多孔電極粘結(jié)于負(fù)極液流框上用于嵌入負(fù)極多孔電極的第二空腔內(nèi)。
[0016]應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，通過(guò)正極液流框、正極多孔電極、電解液隔板、負(fù)極液流框、負(fù)極多孔電極的一體化設(shè)計(jì)，降低了液流電池內(nèi)部的接觸電阻，避免了多孔電極的過(guò)度壓縮，減少了電池堆的密封部位，提高了液流電池系統(tǒng)的能量效率以及電池堆密封可靠性。
【附圖說(shuō)明】
[0017]構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書(shū)附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0018]圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中液流電池堆的結(jié)構(gòu)示意圖；以及
[0019]圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的第一部件的右視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2B示出了根據(jù)圖2A的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3A示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的不帶支路流道的正極液流框的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3B示出了根據(jù)圖3A的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4A示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的帶支路流道的正極液流框的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4B示出了根據(jù)圖4A的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的不帶支路流道的電極組件的組裝順序及結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的帶支路流道的電極組件的組裝順序及結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的不帶支路流道的液流框組件的組裝順序及結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的帶支路流道的液流框組件的組裝順序及結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖9A示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的不帶支路流道的液流框組件的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖9B示出了根據(jù)圖9A的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖1OA示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的帶支路流道的液流框組件的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖1OB示出了根據(jù)圖1OA的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖11示出了根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的不帶支路流道的電極組件的組裝順序及結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖12示出了根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的帶支路流道的電極組件的組裝順序及結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖13示出了根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的不帶支路流道的電極組件的組裝順序及結(jié)構(gòu)示意圖；以及
[0036]圖14示出了根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的帶支路流道的電極組件的組裝順序及結(jié)構(gòu)示意圖。<