[发明专利]用于液流电池的电极和制造方法

说明书

本发明涉及一种用于液流电池(B)的电极(1)和一种用于制造所述电极(1)的方法，其中所述电极(1)包括由具有纳米尺寸的导电材料的粒子(11)组成的第一部分(12)，其中所述第一部分(12)是介孔的并且其孔隙率使得增加所述电池(B)的电解质溶液的流中每时间单位的氧化还原反应的数量。

本发明涉及一种用于液流电池的电极和一种用于制造所述电极的方法；确切地说，本发明涉及一种用于钒液流电池的电极和一种用于制造所述电极的方法，所述钒液流电池即其中两种电解质中的至少一种含有钒离子的电池。

众所周知，可由液流电池输送的最大电力实际上独立于所述电池的电容量；事实上，最大电力取决于电池的特性(即，电极的大小和它们的化学物理特性、插入在两个电极与使用中的两种电解质溶液之间的离子交换膜的大小和类型、每半电池的电极的数目等)，而电容量主要取决于所采用的电解质和氧化还原物质的类型以及它们存储在罐中的总数量。因此，可以说，液流电池准许使可由所述电池输送的最大电力独立于所述电池的电容量。

此特性允许液流电池针对具体应用进行最优地大小设定，例如，用于将所述液流电池耦合到使用可再生能源的发电厂(例如，光伏、风力、水力、波浪等发电厂)；事实上，可再生能源的特征在于功率与能量比率遵循季节性趋势(尤其是光伏和风力发电厂)，即，几乎在所有季节中都能获得最大功率，但每天产生的能量会根据一年中的时间段而变化。

目前，液流电池的能量密度低于锂离子电池的能量密度，但锂离子电池的容量与最大功率相关且随着电池老化而趋于降低。此外，锂电池的单一元件的大小由安全法规和冷却要求决定。

文章“冈萨雷斯(GONZALEZ)、佐拉达(Zoraida)等人.作为钒氧化还原液流电池中的纳米结构电极材料的碳纳米壁薄膜(Carbon nanowalls as nanostructured electrodematerials in vanadium redox flow batteries).纳米能源(Nano Energy)，2012，1.6：833-839.”描述了一种解决方案，其设想在金电极上产生碳纳米壁(CNW)，以便增加电极的反应表面；此类电极然后用于钒液流电池的正极半电池。该解决方案提供了更紧密电极，但其不会增加所述电极的表面上氧化还原反应的动力学。因此，除由于需要使用金电极而在经济上不利之外，该解决方案在钒液流电池的比功率方面也没有实现任何显著增加。

本发明旨在通过提供一种用于液流电池的电极来解决这些和其它问题。

此外，本发明旨在通过还提供一种用于制造用于液流电池的电极的方法来解决这些和其它问题。

本发明的基本理念是制造和使用一种电极，其包括适于放置成与液流电池的电解质溶液接触的部分，其中所述部分具有由具有纳米尺寸的导电材料的粒子组成的介孔结构(即，含有具有介于大致1纳米到100纳米的范围内的直径的孔隙的结构)，以便增加所述电解质溶液的流中氧化还原反应的动力学和/或每表面单位的活性位点的数目和/或电极面积，以便增加电极的每投影表面单位产生的电流。

使用导电材料的纳米粒子来产生用于液流电池的电极的介孔结构产生了以下技术效果：准许电解质流通过所述电极，同时增加其上电子交换的每电极表面单位的活性位点的数目，增加与电解质接触的电极面积，以及增加所述流中氧化还原反应(其在液流电池的正常充电/放电过程期间发生在与电解质溶液接触的电极表面上)的动力学，由此有利地在流动通过根据本发明的电极的电解质中产生电催化现象。换句话说，本发明实现以下技术效果：增加电解质溶液流中每时间单位的氧化还原反应的数量，因此增加电极的每投影表面单位的电流密度。

这有利地准许增加液流电池中的功率密度；确切地说，根据本发明的电极的优选实施例可产生比由根据现有技术的电极产生的电流大三倍(效率超过80％)的每表面单位的电流量。