液流電池(Flow Battery)擁有安全性高,循環壽命高 、可擴展等特點是一種非常有前景的大規模儲能技術。液流電池體系包括:全釩液流電池、鐵鉻液流電池、硫鐵液流電池、鋅溴液流電池那件雙極板用于實現多個電池等 。作為液流電池中的重要電流的傳導,并且為液流電池的串聯與分隔 、電池中產生中的反應電極提供支撐 。
電堆演示模型|圖源:恒安儲能
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雙極板在液流電池中的作用和原理
作用:
1)電流收集和傳導
石墨雙極板|圖源:南海碳材
雙極板通常設計有流道或孔隙,幫助電解液在電池內均勻分布和流動。這確保了電池內部反應的均勻性和效率。
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工作原理:
1) 導電性:雙極板材料需要具備良好的導電性,以便高效地收集和傳導電流。常用的材料包括石墨、碳復合材料以及一些金屬或合金。
雙極板模型|圖源:杜科新材
3) 電解液隔離和密封:雙極板通過特殊的設計和制造工藝,實現對電解液的有效隔離。常見的設計包括在雙極板上開設流道、孔隙或使用涂層技術,以確保電解液在流動時不發生混合。
4) 流體動力學設計:為了優化電解液的流動,雙極板通常設計有復雜的流道結構。這些流道結構不僅要確保電解液在電池內的均勻分布,還需要最小化流動阻力,提高能量轉換效率。

流道石墨雙極板|圖源:南海碳材
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具有優良的導電性能(歐姆電阻小,與電極的接觸電阻?。?/span>
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具有良好的機械強度和韌性(需要支撐電極,在緊壓下不發生脆裂)
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具有良好的致密性(不發生電解液漏液,電池之間無滲透)
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具有良好的化學穩定性及耐酸性和耐腐蝕性(耐酸耐電化學腐蝕,耐強氧化還原性)
雙極板材料類型
石墨雙極板分為硬質石墨雙極板和柔性石墨雙極兩類:
硬質石墨雙極板的加工性能較差,需要更嚴苛的加工工藝,而且脆性較大,在電堆的組裝緊壓時容易脆斷。
柔性石墨雙極板是一種以可膨脹石墨為基材并輔以材料復合改性的雙極板,具有高導電特性,同時又具有一定韌性,是更理想的液流電池雙極板,但制備難度較大,致密性較差,需要優化。
柔性石墨雙極板三代 |圖源:威海南海碳材料


石墨雙極板|圖源:上海液流儲能展-華熔科技

碳塑雙極板和板框焊接后?| 圖源:旭能瀚源新材料
●? 擠出成型工藝
通過將復合材料在具有螺桿的旋轉筒體中混合軟化,然后擠出到模具中,經過一段時間的冷卻固化將模具打開并將復合雙極板頂出,通常是半自動化甚至自動化的工藝過程。
●? 模壓成型工藝
將混合好的復合材料置于模具中,在熱壓機中加熱并施加一定壓力,然后保溫保壓一定時間,最后冷卻固化、卸壓開模。
擠出成型的工藝優勢在于生產設備成本低、生產效率高及生產周期短,而缺點在于擠出成型對樹脂含量的要求較高,限制了雙極板的電導率提升;相對而言,模壓成型的設備成本較高,但是其優勢在于樹脂含量無具體要求,有利于提高雙極板電導率:兩種成型工藝各有優劣,相比之下模壓成型的復合雙極板的導電性能更佳。
因此,如何得到低電阻率、高強度的碳塑雙極板一直是液流儲能電池雙極板的研究重點。
