用于双极板表面破坏的方法和系统及双极板在氧化还原液流电池中的后续使用与流程

本说明书大体上涉及用于破坏双极板的表面，特别地用于在氧化还原液流电池中与电镀电极一起使用的系统和方法。
背景技术：
和
技术实现要素：
氧化还原液流电池能够独立扩展电力和容量，并且能够进行数千次循环充电和放电，并且与常规电池技术相比性能损失更低，因此适用于电网级(grid-scale)储存应用。由于采用了低成本、地球上资源丰富的材料，因此全铁混合式氧化还原液流电池特别有吸引力。一般来说，铁氧化还原液流电池(ifb)依靠铁、盐和水作为电解质，因此包含简单、地球上资源丰富且低廉的材料，并且消除刺激性化学物质的掺入并减少该电池的环境足迹。ifb可以包括其中发生氧化还原反应的正(氧化还原)电极和其中可以还原并电镀电解质中的二价铁(fe2+)的负(电镀)电极。各种副反应可能与fe2+还原争相发生，副反应包括质子还原、铁腐蚀和铁镀层氧化：由于大多数副反应发生在电镀电极处，因此ifb循环能力可能会受到电镀电极上可用铁镀层的限制。在一些示例中，氧化还原和电镀电极可与相应的双极板物理或流体地接触。该双极板可理想地非常导电，使得电解质可被输送至氧化还原和电镀电极的反应位点，并且可进一步用作用于电解质流动和分布的流体分离器。在一个示例中，安装以与电镀电极一起使用的双极板可由石墨复合材料形成。基于石墨复合材料的双极板的制备可包含石墨复合起始材料的压缩或注射模制。在一些示例中，此类模制工艺可以在双极板的一个或多个表面上生成富树脂外层。然而，以此方式形成的双极板可能不适合包含于ifb中，因为富树脂外层可能引起相对较高的电阻和相对较差的电导率，并且导致相对较差的镀层质量。因此，预处理基于模制石墨复合材料的双极板可用于减轻ifb操作期间由此产生的不良电化学性能。例如，双极板可以经由研磨、抛光、喷砂、砂纸抛光、同步带和/或刮擦或划伤双极板的其他手动或自动机械预处理来机械预处理。然而，此类机械预处理可能产生不一致的双极板表面粗糙化，这是由所使用的制造设备的压力和应用时间不均匀造成的。此外，机加工可能导致不需要的富树脂层碎片保留在双极板处(这可能干扰制造设备，例如，导致制造部件过度劣化并且随之增加更换和维护成本)。即使在各种制造部件或安装之间保持均匀的精度和粗糙化也可能出现困难，因为不同的公差可能导致增加个别双极板上或者单独制造的双极板之间的表面结构随机误差分布。在一个示例中，上文描述的问题可以通过一种破坏用于在氧化还原液流电池中使用的双极板的表面的方法来解决，该方法包括在上压印板和下压印板之间压制该双极板，并且此后从该上压印板和该下压印板中取出该双极板，之后在该氧化还原液流电池中使用。在一些示例中，在压制之后，该双极板的上表面和下表面可以是纹理化的，具有该上压印板和该下压印板的图案的各自凹压痕。在一个示例中，该凹压痕可以包括不对称突起的图案。以此方式，在压制之后，该双极板的至少一个表面可以是破坏的并且均匀粗糙化的，相对于其他磨耗机械预处理，其上保留的多余颗粒、薄片和其他碎片更少，使得该氧化还原液流电池和用于该双极板预处理(例如，表面破坏)的制造设备两者的长期耐用性可以得到维持或改善，而不牺牲该氧化还原液流电池的电化学性能。应理解，提供以上概述是为了以简化形式介绍在详细描述中进一步描述的一些概念。它并非意味着标识所要求主题的关键或基本特征，所要求主题的范围唯一地由在具体实施方式之后的权利要求书来限定。此外，所要求主题并不限于解决上文或本公开的任何部分中指出的任何缺点的实施方案。

背景技术

技术实现思路

技术特征：

1.一种破坏用于在氧化还原液流电池中使用的双极板的表面的方法，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述压制期间，所述上压印板定位在所述双极板和上压板之间，所述双极板不直接接触所述上压板，并且

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述上压印板和所述下压印板中的每一者是图案化网格。

4.根据权利要求3所述的方法，其中对应于所述上压印板和所述下压印板的所述图案化网格是独立地由钛、钢、陶瓷、铝或它们的组合形成的。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述压制在至少20℃的压制温度下执行。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述压制在足以克服所述双极板的压缩屈服强度的压制压力下执行。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述压制的所述压制温度和所述压制的所述压制压力中的每一者保持至少0.2s的压制持续时间。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述双极板的上表面和下表面在所述压制之前是光滑和未磨损的，并且

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述双极板的所述上表面和所述下表面中的每一者在所述压制之后是ra>10μm的均匀粗糙化并且纹理化的。

10.一种预处理用于在氧化还原液流电池中使用的双极板的方法，所述方法包括：

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述凹压痕中的每一者图案化为重复凹网格，所述重复凹网格包括与第二沟槽相交的第一沟槽，所述第一沟槽中的每一者彼此平行，所述第二沟槽中的每一者彼此平行，并且所述第一沟槽中的每一者垂直于所述第二沟槽中的每一者。

12.根据权利要求10和11中任一项所述的方法，其中在取出所述两个图案化板后，所述热压双极板没有碎片。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其中分别包括所述两个图案化板的所述凹压痕的所述热压双极板的所述表面中的每一者具有ra>10μm的粗糙度。

14.根据权利要求13所述的方法，其中在所述充电循环期间，在分别包括所述两个图案化板的所述凹压痕的所述热压双极板的所述表面中的任一者上形成的金属镀层包括比以下更少的开裂以及更少的自由颗粒和薄片：具有各自具有ra≤10μm的粗糙度的表面的双极板。

15.一种氧化还原液流电池系统，其包括：

16.根据权利要求15所述的氧化还原液流电池系统，其中所述不对称突起的所述图案是重复图案，其包括所述不对称突起的行和列的方格。

17.根据权利要求15和16中任一项所述的氧化还原液流电池系统，其中所述负极双极板的所述表面是粗糙化的，ra值大于3.5μm并且小于100μm，rc值大于12μm并且小于60μm，并且rk值大于8μm并且小于45μm。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的氧化还原液流电池系统，其中所述负极双极板是通过注射模制或压缩模制石墨复合起始原料形成的。

19.根据权利要求18所述的氧化还原液流电池系统，其中包括所述不对称突起的所述图案的所述负极双极板的所述表面是由富树脂外层形成的。

20.根据权利要求15至19中任一项所述的氧化还原液流电池系统，其中所述氧化还原液流电池系统是全铁混合式氧化还原液流电池系统。

技术总结
本发明提供了用于机械预处理双极板，例如用于电镀氧化还原液流电池中的电极的系统和方法。在一个示例中，一种用于破坏双极板的表面的方法可以包括：在压印板之间压制所述双极板，并且从所述压印板中取出压制双极板，之后在氧化还原液流电池中使用。在一些示例中，所述压制双极板可以包括来自所述压印板中的至少一者的凹压痕。在一些示例中，所述压印板可以是图案化网格，使得所述凹压痕可以包括不对称突起的图案。以此方式，可以经由压制来预处理所述双极板，以减少对制造设备的磨损(例如，相对于其他机械预处理工艺)，同时保持所述氧化还原液流电池的电化学性能。

技术研发人员：肖恩·凯西
受保护的技术使用者：ESS技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17