专利名称：一种用于全钒氧化还原液流电池的集流板的制作方法
技术领域：
本发明属于化学电源技术领域，更具体地说是涉及一种全钒氧化还原液流电池用集流板及其流场的结构设计。
背景技术：
全钒氧化还原液流电池分别以VO2+/VO2+和V2+/V3+作为正、负极氧化还原电对，将二者分别以硫酸盐的形式配制成电解液存放在两个储液罐中，工作时通过循环泵将电解液输送到用隔膜分开的阳极室和阴极室电池中进行充放电。
图1为文献[ElectrochimicaActa，47，2001]报道的全钒氧化还原液流电池结构示意图。它是由集流板1、电极2和隔膜3组成单体电池4，并依顺序平行叠放，通过串联形成电池堆。
全钒氧化还原液流电池集流板应具有电阻率低、化学性能稳定、不渗液、较大的比表面积以及一定的机械强度等特点。目前，全钒氧化还原液流电池集流板都是用有机高分子(如聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等)与无机导电材料(碳纤维、乙炔黑和石墨粉等)共混辊压而成的。如李晓刚等[电池，35(2)，2005]通过将聚丙烯和聚氯乙烯与碳纤维共混，经过热辊压制成导电塑料板，再经化学处理后来制备全钒氧化还原液流电池的集流板。这种集流板存在下述问题①导电塑料集流板的电阻大，化学性能不稳定，用导电塑料板作集流板的全钒氧化还原液流电池承受大电流充放电能力差；②导电塑料集流板的刚性和强度不大、易形变，致使全钒氧化还原液流电池很难密封，电池渗液严重；③由于全钒氧化还原液流电池集流板没有设计流场，所以电解液在电池内部流动不顺畅，易形成无电解液流过的“死角”，电池极化严重。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的不足和缺陷，提供一种新型结构的全钒氧化还原液流电池集流板。通过改变集流板的材质，并优化集流板的流场结构，使其电解液流动顺畅、电池内阻小、密封效果好，从而进一步提高全钒氧化还原液流电池承受大电流充放电能力。
本发明的技术方案如下一种用于全钒氧化还原液流电池的集流板，其特征在于所述的集流板采用环氧树脂或酚醛树脂浸渍过的高密度石墨板，在该集流板上刻有蛇形流场，蛇形流场的脊宽B和沟宽A之比为1∶0.5-6。
本发明的技术特征还在于集流板上的蛇形流场的沟深C和沟宽A之比为1∶1～5。
本发明所述集流板上的蛇形流场的通道条数为2～8条并行。
本发明提供的全钒氧化还原液流电池集流板与现有的集流板相比，具有以下优点及突出性效果①高密度石墨复合集流板的电阻小、化学性能稳定，用高密度石墨复合板作集流板的全钒氧化还原液流电池承受大电流充放电能力强；②高密度石墨复合集流板刚性和强度大、不易形变，用高密度石墨复合板作集流板的全钒氧化还原液流电池容易密封，无渗液现象发生；③电解液在集流板流场中流动顺畅，整个流场不会出现无电解液流经的“死角”，电池极化小。
图1为传统全钒氧化还原液流电池的结构示意图。
图2为本发明提供的全钒氧化还原液流电池的结构示意图。
图3为本发明提供的全钒氧化还原液流电池集流板流场结构示意图。
图4为本发明提供的集流板流场深度示意图。
具体实施例方式
图2为本发明提供的全钒氧化还原液流电池结构示意图。它是由集流板1、电极2和隔膜3组成单体电池4，并依顺序平行叠放；集流板1是用环氧树脂浸渍过的高密度石墨板制作而成，在集流板上刻有蛇形流场5。蛇形流场的脊7的宽B与沟6的宽A之比为1∶0.5-6；沟深和沟宽(即C和A)之比为1∶1-5；蛇形流场5的通道条数为1条，也可以是2～8条并行(参见图3、图4)。
实例1用环氧树脂浸渍的高密度石墨板作集流板，在集流板上刻有一条蛇形流场，流场长为120mm，宽为120mm，流场外缘8的宽为15mm；流场脊宽与沟宽之比为1∶6，流场沟深与沟宽之比为1∶5。将此集流板与电极和隔膜组装成全钒氧化还原液流电池，进行充放电测试，其前五次充放电平均库仑效率为89.1％。
实例2用酚醛树脂浸渍的高密度石墨板作集流板，在集流板上刻有八条并行蛇形流场，流场长为120mm，宽为170mm，流场外缘8的宽为15mm；流场脊宽与沟宽之比为1∶0.5，流场沟深与沟宽之比为1∶1。将此集流板与电极和隔膜组装成全钒氧化还原液流电池，进行充放电测试，其前五次充放电平均库仑效率为86.5％。
实例3用环氧树脂浸渍的高密度石墨板作集流板，在集流板上刻有四条并行蛇形流场，流场长为260mm，宽为260mm，流场外缘8的宽为20mm；流场脊宽与沟宽之比为1∶3.3，流场沟深与沟宽之比为1∶3.3。将此集流板与电极和隔膜组装成全钒氧化还原液流电池，进行充放电测试，其前五次充放电平均库仑效率为95.8％。
权利要求
1.一种用于全钒氧化还原液流电池的集流板，其特征在于所述的集流板(1)采用环氧树脂或酚醛树脂浸渍过的高密度石墨板，在该集流板上刻有蛇形流场(5)，蛇形流场的脊宽B和沟宽A之比为1∶0.5～6。
2.按照权利要求1所述的用于全钒氧化还原液流电池的集流板，其特征在于集流板上的蛇形流场的沟深C和沟宽A之比为1∶1～5。
3.按照权利要求1或2所述的用于全钒氧化还原液流电池的集流板，其特征在于，蛇形流场的通道条数为2～8条并行。
全文摘要
一种用于全钒氧化还原液流电池的集流板，涉及一种全钒氧化还原液流电池用集流板及其流场的结构设计。本发明所述的集流板采用环氧树脂或酚醛树脂浸渍过的高密度石墨板制作，并在该集流板上刻有蛇形流场，流场的脊宽和沟宽之比为1∶0.5～6；流场的沟深和沟宽之比为1∶1～5。本发明具有以下突出性效果①集流板的电阻小、化学性能稳定，用该集流板制作的全钒氧化还原液流电池承受大电流充放电能力强；②集流板刚性和强度大、不易形变，用该集流板制作的全钒氧化还原液流电池容易密封，无渗液现象发生；③电解液在集流板流场中流动顺畅，整个流场不会出现无电解液流经的“死角”，电池极化小。
文档编号H01M4/64GK1845368SQ200610011468
公开日2006年10月11日 申请日期2006年3月10日 优先权日2006年3月10日
发明者邱新平, 吕正中, 武增华, 胡嵩麟, 陈立泉 申请人:清华大学深圳研究生院