[发明专利]用于液流电池的复合电极、液流电池及电堆

说明书

本发明涉及储能技术领域，公开了一种用于液流电池的复合电极、液流电池及电堆。所述复合电极包括：分布层，用于分布电解液；以及反应层，用于接收所述分布层的所述电解液，并为该电解液提供电化学反应的场所。本发明可通过设置分布层与反应层有效地分离复合电极的电化学反应场和电解液分布场，其中所述分布层可在很大程度上减少因流动分布不均带来的死区和沟流；同时可分别针对分布层与反应层进行特殊设计(例如，采用电化学活性较高的材料作为反应层，采用具有强化流体流动分布的特征和导电性能优异的材料作为分布层)，从而提高将该复合电极作为正极和/或负极的电池与电堆的输出功率和能量效率。

技术领域

本发明涉及储能技术领域，具体地涉及一种用于液流电池的复合电极、液流电池及电堆。

背景技术

储能作为提高能源利用率的关键技术，能够提高可再生能源的利用率，提高电网稳定性，主要用于可再生能源并网、削峰填谷、调峰调频等方面。其中，液流电池因其长寿命、安全可靠、功率和容量可单独设计等优点，成为大规模储能的主要技术之一。

液流电池一般是由功率单元和容量单元组成。作为容量单元的电解液，以活性物质的价态变化实现能量的储存和释放。工作时，电解液流经作为功率单元的电堆内部，进行电能和化学能的转换，从而实现功率的输入和输出。因此，在电解液体系确定的前提下，电堆的性能决定储能系统的做功的能力和效率。

具体地，电解液流经电堆内部，在电极表面发生反应，以实现化学能与电能的转换。在这个过程中，电解液流体分布及浓度差极化等因素对电化学反应产生较大的影响，进而影响电堆的做功能力和效率。在现有技术所公开的液流电池中，通常采用石墨毡或碳毡类的多孔材料为电极，工作时，电解液流过多孔电极，并参与反应。由此可见，电极在提供电化学反应场所的同时，还要起到分布电解液的作用。因此，在传统的电堆设计中，需要在电极的厚度、电化学活性、孔隙率及导电能力之间进行平衡，这不利与将各项功能同时最大化，故不能使电堆在高电流密度下运行。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于液流电池的复合电极、液流电池及电堆，其可实现电极的电化学反应场和电解液分布场的有效分离，从而提高电池输出功率和能量效率。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种用于液流电池的复合电极，所述复合电极包括：分布层，用于分布电解液；以及反应层，用于接收所述分布层的所述电解液，并为该电解液提供电化学反应的场所。

优选地，所述分布层为石墨毡及金属纤维编织材料中的至少一者。

优选地，所述分布层的孔隙率大于50％，厚度小于4mm，且纤维直径大于10μm。

优选地，所述分布层的孔隙率大于70％，厚度的范围为1.5至3mm，且纤维直径大于15μm。

优选地，所述反应层为石墨毡、碳毡、多孔碳纤维材料、粉末碳材料、多孔金属材料及金属纤维编织材料中的至少一者。

优选地，所述反应层的孔隙率大于60％，且厚度小于3mm。

优选地，所述反应层和所述分布层的总厚度在自由状态下小于5mm，且压缩比的范围为10％至30％。

优选地，所述反应层和所述分布层的总厚度的范围在自由状态下2至4.5mm，且压缩比的范围为15％至25％。

相应地，本发明另一方面还提供一种液流电池，该液流电池包括：正极、负极隔膜，其中，所述正极与所述负极中的至少一者为所述的用于液流电池的复合电极。

相应地，本发明又一方面还提供一种电堆，该电堆包括：多个所述的液流电池。