[发明专利]导电片材

说明书

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的导电片材。本发明还涉及形成所述导电片材的方法。

背景技术

导电片材(例如导电纺织片材)对于许多应用都是有利的。导电片材主要应用于储能介质中，具体地用于储存可再生能源(例如水利，风能，太阳辐射，地热)和用于储存可再生原材料产生的能源。

通常使用不同类型的蓄电池进行储能。在电镀、NaCl-电解和无机材料的电解合成中，这些蓄电池被用作一次电池或二次电池。一次电池指的是不能再充电的电池。鉴于化石原料的紧缺和可再生能源的使用，被研制以存储多余电能的二次电池进入研发焦点并受到政治关注。最熟知的二次电池是镍镉蓄电池、铅酸蓄电池、锂离子蓄电池和金属氢化物镍蓄电池。

氧化还原液流电池(Redox-flow-cell)是其中电能储存在溶于溶剂的化学反应物中的可再充电类型电池。实际上，两种储能电解质溶液在两个分开的回路中循环，在所述回路之间通过隔膜在电池中进行离子交换。储能电解质溶液被存储在电池外部分开的箱体内，因此能够相互独立地改变能源量和能源输出的大小。能够简单地手动填充箱体。由于电解质溶液的交换，所以也能够在分开的蓄电池内对这些电解质溶液进行充电和放电。电池的电压通常介于1.0-2.2V之间。该电压尤其适用于钒氧化还原液流电池。

隔膜将氧化还原液流电池分成两个半电池。所述隔膜对于电解质溶液的反离子是可渗透的，并且每个半电池受到电极限制，在所述电极上面发生化学反应(还原或氧化)。

所使用的隔膜通常是允许所有离子通过的微孔分离器或选择性的阴离子或阳离子交换膜。隔膜应阻止这两种电解质溶液混合。

一般地，用于含水溶液中高电化电压范围的电极通常由石墨制成。将具有高比表面积(specific surface area)的石墨毡作为电极材料用于高比功率输出(specific power output)。

JP 4632043 B2公开了通过将氧化聚丙烯腈(PAN-OX)纤维的碳化而获得的碳-纤维毡，尽管毡通过针织也是可得到的。正如在JP 4632043 B2中所描述毡的纤维结构，纤维排列和导电排列具有彼此不同的定向。因此，电流必须流经大量的纤维节点，由此大大增加毡的电阻。

JP 2003 308851 A描述了具有含碳纤维非织造布的电极材料。其生产是在高温下和惰性气氛下进行。毡结构还限制孔隙度和压力损失。JP 2001 085028 A示出在含水电解质系统的氧化还原液流电池中使用的碳电极材料。

在JP 2003 308851 A和JP 2001 085028 A中所描述的电极材料不具有针对性的结构，由此使得流体(尤其是电解质溶液)的穿过变得困难。这导致在穿过电极材料期间电阻增加和高压力损失。前述电极材料还具有与双极板接触时增加电阻的粗糙表面。在这种材料部分上高的纤维不规则性增加磨损，从而缩短电极材料的使用寿命。

DE 100 505 12 A1描述了含有碳纤维的导电非织造布。这种非织造布具有80-500μm的厚度。

发明内容

因此本发明的目的在于提供导电柔性片材，所述片材具有很低的电阻并且能够以简单、低成本、可再生地的方式大规模地制造。

该目的通过权利要求1的特征实现。

发明人认识到，基体中具有通道的片材能改善流体通过片材的流动。同时，流动阻力和压力损失很低。此外，发现所述片材在技术使用条件下的持续使用性能出色。

在一个优选实施例中，所述片材通道直径在1-500μm范围内，优选地在5-400μm范围内，尤其优选地在10-300μm范围内。特别优选通道直径在50-200μm范围内的片材。这些通道直径尺寸有利地确保在表面上有足够的反应位置，所述反应位置在将片材作为电极材料使用时使得在电解质溶液与电极材料之间的出色电子交换成为可能。因此，片材电导率得以显著提高。通过扫描电子显微镜检查法确定片材的通道直径。为此，电子束被在特定图案中扫描经过片材的横截面并且利用所得到的具有样本电子交互作用而构建样本图像。随后根据放大倍数确定在图像上得到的通道。

特别优选具有第一正面和第二正面基体的片材，其中通道与所述正面正交。这种通道布置有利于经过通道的流动特别均匀并且同时降低电阻。

在另一个优选的实施例中，片材基体包括第一正面和第二正面，其中通道与所述正面形成锐角。这种通道布置有利之处在于获得的片材含有许多通道。此外，经过这种片材的流动具有很低的压力损失。