[发明专利]复合多孔电极、含有其的单电池和电池堆及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及液流电池领域，尤其涉及一种复合多孔电极、含有其的单电池和电池堆及其制备方法。

背景技术

全钒氧化还原液流电池分别以钒离子V²⁺/V³⁺和V⁴⁺/V⁵⁺作为电池的正负极氧化还原电对，将正负极电解液分别存储于两个储液罐中，由耐酸液体泵驱动活性电解液至反应场所（电池堆）再回至储液罐中形成循环液流回路，以实现充放电过程。在全钒氧化还原液流电池储能系统中，电池堆性能的好坏决定着整个系统的充放电性能，尤其是充放电功率及效率。电池堆是由多片单电池依次叠放压紧，串联而成。其中，传统的液流单电池的组成如图1所示。1’为液流框，2’为集流板，3’为多孔电极，4’为隔膜，各组件组成单电池，通过N个单电池的堆叠组成电池堆5’。

全钒氧化还原液流电池是通过电解液的电化学氧化还原反应进行存储电荷和对外供电的，其中，比表面积大的多孔电极是电解液发生氧化还原反应的场所，是产生电子和质子的区域，因此多孔电极的性能对钒电池的充放电效率产生很大影响。当多孔电极和集流板组合时，由于多孔电极是类似海绵的多孔性碳材料，孔隙率高，硬度低，具有一定弹性，两者之间会产生较大的接触电阻。所以一般需要施加一定压力使多孔电极和集流板之间紧密贴合、接触良好，但是当受压力作用时，在受力方向会被压缩，压缩后多孔电极的孔径减小，孔隙率降低，从而影响电解液的渗透扩散及氧化还原反应的顺利进行，因此需要在多孔电极的压缩量和多孔电极与集流板间的接触电阻两者之间寻求一个平衡值，即在不过度减小多孔电极孔径和孔隙率，不影响电解液渗透和扩散的条件下，应尽可能降低多孔电极与集流板之间的接触电阻。但多孔电极一般都硬度低，较为蓬松，在实际使用中即使压缩量较大，其与集流板之间的接触电阻仍然较大，这对钒电池的充放电效率是一个较大损失。

发明内容

本发明提供了一种复合多孔电极、含有其的单电池和电池堆及其制备方法，用于解决现有技术中的多孔电极的孔隙率大小与硬度高低难以平衡的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种复合多孔电极，该复合多孔电极包括多孔电极本体以及分布在多孔电极本体中抗弯曲性能优于多孔电极本体的强化部，强化部沿多孔电极本体的厚度方向贯通多孔电极本体。

进一步地，上述多孔电极本体和强化部一体成型，强化部通过在多孔电极本体中部分区域的孔隙内壁上形成树脂层而制成。

进一步地，上述多孔电极本体上设置有散布的安装通孔，强化部与安装通孔过盈配合，强化部通过在多孔材料的孔隙内壁上形成树脂层制成；或者强化部由发泡聚氨酯、发泡聚氯乙烯、发泡聚乙烯组成的组中的一种制备而成。

进一步地，上述强化部通过在多孔电极本体的孔隙内壁中形成树脂层制成时，或者通过在多孔材料中部分区域的孔隙内壁上形成树脂层制成时，树脂层的总重量是强化部总重量的1~99%。

进一步地，上述树脂层由热塑性树脂组合物或热固性树脂组合物形成，热塑性树脂组合物包括热塑性树脂和重量含量为热塑性树脂组合物的0~25%的辅料；或者热固性树脂组合物包括热固性树脂和重量含量为热固性树脂组合物的0~25%的辅料。

进一步地，上述辅料为增强组分和/或功能性组分，增强组分为无机硅酸盐颗粒、短纤维或蒙脱土，功能性组分为炭黑、碳纳米管。

进一步地，上述强化部的总体积小于复合多孔电极总体积的一半。