電極、液流電池及液流電池堆的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及液流電池技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，設(shè)及一種電極、液流電池及液流電池 堆。
【背景技術(shù)】
[0002] 液流電池由于儲(chǔ)存能量的電解液與發(fā)生能量轉(zhuǎn)換的電池堆相分離，具有安全性 高、功率與容量設(shè)計(jì)靈活、壽命長(zhǎng)W及維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，已在各種儲(chǔ)能領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng) 用。
[0003] 對(duì)于現(xiàn)有的液流電池堆，一方面，為了提高電池的電壓效率，需要減小電池的內(nèi) 阻，進(jìn)而需要減小電極的厚度或增加電極的反應(yīng)活性位點(diǎn)數(shù)目；另一方面，為了提高電池的 功率密度，需要增加提高電流密度，為了讓電池能夠承受更大的電流密度，則需要增加電極 的反應(yīng)活性位點(diǎn)數(shù)目。
[0004] 對(duì)于每個(gè)電極，現(xiàn)有技術(shù)中通常采用一個(gè)均勻的碳拉作為電堆，在單位體積炭拉 的反應(yīng)活性位點(diǎn)數(shù)目確定的情況下，為了保持反應(yīng)面積不變，只能通過(guò)增加炭拉的厚度來(lái) 增加反應(yīng)活性位點(diǎn)。然而，增加炭拉的厚度又會(huì)增加電池的內(nèi)阻，從而導(dǎo)致電壓效率下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的主要目的在于提供一種電極、液流電池及液流電池堆，W解決現(xiàn)有技術(shù) 中的液流電池的電壓效率較低的問(wèn)題。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種電極，包括第一電極層， 第一電極層具有相對(duì)的第一表面和第二表面，電極還包括設(shè)置于第一表面上的第二電極層 和/或設(shè)置于第二表面上的第=電極層，第二電極層的反應(yīng)活性位點(diǎn)數(shù)目大于第一電極層 的反應(yīng)活性位點(diǎn)數(shù)目，第=電極層的反應(yīng)活性位點(diǎn)數(shù)目大于第一電極層的反應(yīng)活性位點(diǎn)數(shù) 目。
[0007] 進(jìn)一步地，第二電極層與第一電極層的反應(yīng)活性位點(diǎn)數(shù)目之比大于1.05;第=電 極層與第一電極層的反應(yīng)活性位點(diǎn)數(shù)目之比大于1.05。
[0008] 進(jìn)一步地，第二電極層的單位體積比表面積大于第一電極層的單位體積比表面 積;第=電極層的單位體積比表面積大于第一電極層的單位體積比表面積。
[0009] 進(jìn)一步地，第二電極層與第一電極層的單位體積比表面積之比大于1.05;第=電 極層與第一電極層的單位體積比表面積之比大于1.05。
[0010] 進(jìn)一步地，第一電極層包括沿第一表面指向第二表面的方向上順序?qū)盈B的多個(gè)子 電極層。
[0011] 進(jìn)一步地，當(dāng)電極包括第二電極層時(shí)，沿第一表面指向第二表面的方向上各子電 極層的反應(yīng)活性位點(diǎn)數(shù)目依次降低。
[0012] 進(jìn)一步地，當(dāng)電極包括第=電極層時(shí)，沿第一表面指向第二表面的方向上各子電 極層的反應(yīng)活性位點(diǎn)數(shù)目依次增高。
[0013] 進(jìn)一步地，當(dāng)電極包括第二電極層和第=電極層時(shí)，靠近第一表面的子電極層和 靠近第二表面的子電極層的反應(yīng)活性位點(diǎn)數(shù)目大于其余各子電極層的反應(yīng)活性位點(diǎn)數(shù)目。
[0014] 進(jìn)一步地，形成第一電極層的材料為碳拉;形成第二電極層的材料選自炭紙、電化 學(xué)改性后的炭拉和親水性改性后的炭拉中的任一種或多種;形成第=電極層的材料選自炭 紙、電化學(xué)改性后的炭拉和親水性改性后的炭拉中的任一種或多種。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種液流電池，包括雙極板、液流框、電極和離子 交換膜，電極為上述的電極，其中，當(dāng)電極包括第二電極層時(shí)，第二電極層靠近離子交換膜 設(shè)置;當(dāng)電極包括第=電極層時(shí)，第=電極層靠近雙極板設(shè)置。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種液流電池堆，包括多個(gè)液流電池，液流電池 為上述的液流電池。
[0017] 應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，提供了一種在包括第一電極層的基礎(chǔ)上還包括第二電極 層和/或第=電極層的電極，由于第二電極層的反應(yīng)活性位點(diǎn)數(shù)目大于第一電極層的反應(yīng) 活性位點(diǎn)數(shù)目，第=電極層的反應(yīng)活性位點(diǎn)數(shù)目大于第一電極層的反應(yīng)活性位點(diǎn)數(shù)目，從 而將該電極應(yīng)用于液流電池后，第二電極層靠近離子交換膜的表面設(shè)置，和/或第=電極層 靠近雙極板的表面設(shè)置，使電極層組中靠近離子交換膜和/或雙極板的區(qū)域相比于剩余區(qū) 域能夠具有更大的反應(yīng)活性位點(diǎn)數(shù)目，從而不僅能夠在不增加電極厚度的基礎(chǔ)上使電極中 的反應(yīng)活性位點(diǎn)數(shù)目滿足液流電池的需求，還能夠通過(guò)調(diào)整電極的厚度有效地降低電池內(nèi) 阻的增幅，提高液流電池的電壓效率;并且，由于液流電池的電極中存在的反應(yīng)不均勻性， 在靠近離子交換膜和靠近雙極板的區(qū)域需要較大的反應(yīng)電流密度，從而通過(guò)提高上述電極 中靠近離子交換膜和/或雙極板的區(qū)域的反應(yīng)活性位點(diǎn)數(shù)目，提高了所需區(qū)域的反應(yīng)電流 密度，進(jìn)而提高了液流電池的功率密度。
[0018] 除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。 下面將參照?qǐng)D，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 構(gòu)成本發(fā)明的一部分的說(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：
[0020] 圖1示出了本發(fā)明所提供的電極的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖2示出了本發(fā)明所提供的液流電池的立體拆分結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖3示出了本發(fā)明所提供的包括第二電極層的液流電池的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖4示出了本發(fā)明所提供的包括第=電極層的液流電池的結(jié)構(gòu)示意圖；W及
[0024] 圖5示出了本發(fā)明所提供的包括第二電極層和第=電極層的液流電池的結(jié)構(gòu)示意 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可W相 互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
[0026] 為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的 附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是 本發(fā)明一部分的實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范 圍。
[0027] 需要說(shuō)明的是，本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)及上述附圖中的術(shù)語(yǔ)"第一"、"第 二"等是用于區(qū)別類似的對(duì)象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應(yīng)該理解運(yùn)樣使用 的數(shù)據(jù)在適當(dāng)情況下可W互換，W便運(yùn)里描述的本發(fā)明的實(shí)施例。此外，術(shù)語(yǔ)"包括"和"具 有"W及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的 過(guò)程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設(shè)備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒(méi)有清 楚地列出的或?qū)τ谶\(yùn)些過(guò)程、方法、產(chǎn)品或設(shè)備固有的其它步驟或單元。
[0028] 正如【背景技術(shù)】中所介紹的，現(xiàn)有技術(shù)中為了提高電池的功率密度，需要增加電極 的反應(yīng)活性位點(diǎn)數(shù)目，然而為了保持反應(yīng)面積不變，只能通過(guò)增加炭拉的厚度來(lái)增加反應(yīng) 活性位點(diǎn)，增加炭拉的厚度又會(huì)增加電池的內(nèi)阻，從而導(dǎo)致電壓效率下降。本發(fā)明的發(fā)明人 針對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行研究，提出了一種電極，如圖1所示，該電極包括第一電極層310,第一電 極層310具有