液流電池用碳構(gòu)造體電極及其制造方法及液流電池用電極構(gòu)造體技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種液流電池用碳構(gòu)造體電極，其在源自聚合物的碳構(gòu)造體表面及內(nèi)部，形成有可讓電解液流動(dòng)的多個(gè)球形大孔。所述液流電池用碳構(gòu)造體電極電導(dǎo)率非常優(yōu)秀，其制造工序簡(jiǎn)化，可以降低成本。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及液流電池用碳構(gòu)造體電極，液流電池用碳構(gòu)造體電極的制造方法及液流電池用電極構(gòu)造體.?
技術(shù)介紹
液流電池是可以反復(fù)充電和放電的一種二次電池，是儲(chǔ)藏電能的電學(xué)化學(xué)層面的蓄電裝置。液流電池的原理是，基于流體電解液，讓流體電解液在多孔性碳?xì)?carbon?felt)電極之間流動(dòng)，交換電荷，產(chǎn)生電流。?現(xiàn)有液流電池用碳?xì)蛛姌O把聚丙烯腈(polyacrylonitrile：PAN)、人造纖維(rayon)或?yàn)r青(pitch)系碳纖維組織化，通過碳化及石墨化過程制造。但由于碳?xì)蛛姌O內(nèi)部的氣孔分布不均勻，導(dǎo)致流體的流動(dòng)性下降，發(fā)生電解液的分極化現(xiàn)象(polarization?of?electrolyte)，存在電池效率下降的問題。?
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種電導(dǎo)率提高的液流電池用碳構(gòu)造體電極。?本專利技術(shù)的目的在于提供一種可簡(jiǎn)化單元(cell)和堆(stack)制造過程的液流電池用碳構(gòu)造體電極的制造方法。?本專利技術(shù)的目的在于提供一種利用所述液流電池用碳構(gòu)造體電極的液流電池用電極構(gòu)造體。?本專利技術(shù)提供一種液流電池用碳構(gòu)造體電極，其在源自聚合物的碳構(gòu)造體表面及內(nèi)部，形成有可讓電解液流動(dòng)的多個(gè)球形大孔。?所述大孔具有以最密堆積結(jié)構(gòu)(closest?packing?structure)堆積的形狀。?所述大孔以蛋白石結(jié)構(gòu)排列。?所述大孔的最大直徑平均為0.5μm至500μm。?所述大孔相互連接，從所述電極的一面通到另一面。?所述碳構(gòu)造體包括聚合樹脂的碳化物。?所述碳構(gòu)造體包括聚合樹脂的石墨化物質(zhì)。?所述聚合樹脂包括選自聚丙烯腈、光刻膠(photoresist)用聚合物、人造纖維系列聚合物及它們的組合而組成的組的至少一種物質(zhì)。?所述碳構(gòu)造體中大孔的氣孔率為70％至99％。?所述碳構(gòu)造體的厚度為0.5mm至5.0mm。?所述碳構(gòu)造體的電阻為0.002Ω·mm至0.02Ω·mm。?本專利技術(shù)提供一種液流電池用碳構(gòu)造體電極的制造方法，其包括準(zhǔn)備聚合物薄片(sheet)的步驟；在所述聚合物薄片上形成圖案化的大孔的步驟；及對(duì)形成有圖案化的大孔的所述聚合物薄片進(jìn)行熱處理，且使之碳化，從而形成碳構(gòu)造體的步驟。?所述形成大孔的步驟，通過激光制圖(laser?patterning)、利用激光的全息光刻(Holographic?Lithography)及激光蝕刻(Laser?Lithography)中的至少一種方法執(zhí)行。?對(duì)所述聚合物薄片熱處理并進(jìn)行碳化時(shí)，所述聚合物薄片的至少一部分發(fā)生石墨化。?所述聚合物薄片包括選自聚丙烯腈、光刻膠用聚合物、人造纖維系列聚合物及它們的組合而組成的組的至少一種物質(zhì)。?所述熱處理在1000至2500℃條件下進(jìn)行。?本專利技術(shù)提供一種液流電池用碳構(gòu)造體電極構(gòu)造體，其包括雙極板；及結(jié)合在所述雙極板的所述液流電池用碳構(gòu)造體電極。?本專利技術(shù)的液流電池用碳構(gòu)造體電極具有圖案化氣孔，即氣孔均勻分布的結(jié)構(gòu)，因此電導(dǎo)率非常優(yōu)秀。另外，由于所述電極本身具有圖案化氣孔，在形成電極的工序中，可以省略詣在提高電導(dǎo)率的壓縮工序。從而，可以簡(jiǎn)化電極制造工序，降低制造成本。?另外，所述液流電池用碳構(gòu)造體電極形成有三維圖案化氣孔，具有氣孔均勻分布的結(jié)構(gòu)，可讓流體順暢流通，可抑制電解液的分極化現(xiàn)象(polarization?of?electrolyte)，可提高液流電池的效率。?附圖說明圖1是本專利技術(shù)一實(shí)施例的液流電池用碳構(gòu)造體電極制造方法中的形成圖案化氣孔的步驟概略模式圖。?圖2是本專利技術(shù)另一實(shí)施例的液流電池用碳構(gòu)造體模式圖，一同表示上部面和側(cè)面一部分的放大示意圖。?圖3是利用本專利技術(shù)另一實(shí)施例的液流電池用碳構(gòu)造體電極的電極構(gòu)造體模式圖。?符號(hào)說明?1：激光源?2：聚合體薄片?3：大孔?4：雙極板?5：電極構(gòu)造體?具體實(shí)施方式以下，對(duì)本專利技術(shù)的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。但，下面的實(shí)施例只是本專利技術(shù)的示例，本專利技術(shù)不受限于這些實(shí)施例，本專利技術(shù)應(yīng)由權(quán)利要求定義。?本專利技術(shù)一實(shí)施例提供一種液流電池用碳構(gòu)造體電極，其在源自聚合物的碳構(gòu)造體表面及內(nèi)部，形成有可讓電解液流動(dòng)的多個(gè)球形大孔。?所述液流電池用碳構(gòu)造體電極形成有圖案化大孔，具有大孔均勻分布的結(jié)構(gòu)，可以提高電導(dǎo)率。從而，在形成電極的工序中，可以省略詣在提高電導(dǎo)率的其他工序，比如壓縮工序，可以簡(jiǎn)化單元(cell)和堆(stack)制造過程。?另外，所述液流電池用碳構(gòu)造體電極形成有三維大孔圖案，具有大孔均勻分布的結(jié)構(gòu)，可讓流體順暢流通，可抑制電解液的分極化現(xiàn)象(polarization?of?electrolyte)，可提高液流電池的效率。?通過以多種方式調(diào)節(jié)所述大孔的形狀及圖案，可以調(diào)節(jié)液流電池用碳構(gòu)造體電極的物理性質(zhì)。?即，本專利技術(shù)的液流電池用碳構(gòu)造體電極，在制造過程中，調(diào)節(jié)大孔形狀或各大孔之間的間隔，以此調(diào)節(jié)物理性質(zhì)，與現(xiàn)有的把碳?xì)?carbon?felt)作為電極材料的技術(shù)無法調(diào)節(jié)大孔的情況相比，優(yōu)勢(shì)明顯。形成在所述碳構(gòu)造體電極的各個(gè)大孔大小，相對(duì)于整體大孔平均大小，包括在約〒20％的偏差范圍內(nèi)。?所述大孔圖案具有由一定大小的球型氣孔以最密堆積結(jié)構(gòu)(closest?packing?structure)堆積的形狀。最密堆積結(jié)構(gòu)有比如六方密集堆積?(hexagonal?close-packing,hcp)和面心立方(face-centered?cubic,fcc)結(jié)構(gòu)。?一實(shí)施例中，所述大孔以蛋白石結(jié)構(gòu)(opal?structure)排列，所述碳構(gòu)造體具有逆蛋白石結(jié)構(gòu)(inverse-opal?structure)。這種蛋白是結(jié)構(gòu)大孔形狀易于調(diào)節(jié)碳構(gòu)造體的氣孔率、氣孔密度等。?作為一例，形成蛋白石結(jié)構(gòu)的每個(gè)球形大孔，即每個(gè)大孔不一定具有同一大小和同一形狀，其形狀也不一定是完整的球形。由同一大小的球形大孔堆積而成的蛋白石結(jié)構(gòu)來說，各大孔之間會(huì)形成接觸點(diǎn)。但本專利技術(shù)的液流電池用碳構(gòu)造體電極的碳構(gòu)造體各大孔與相鄰的大孔以面接觸的方式連接(interconnected：連通)。具有這種結(jié)構(gòu)的大孔，可讓電解液從所述碳構(gòu)造體的一面順暢流通到另一面。?所述大孔的最大直徑平均為0.5μm至500μm。對(duì)大孔進(jìn)行圖案化，使之具有所述范圍內(nèi)的大小，可以調(diào)節(jié)單位體積下的電極表面積，可以調(diào)節(jié)電解液的流動(dòng)性。?所述大孔的直徑定義為‘內(nèi)切圓的直徑’。?所述碳構(gòu)造體中大孔的氣孔率約為70％至99％，具體地約為80％至95％。氣孔率越高，電極的表面積越大，可以提高液流電池的效率。如果氣孔率不足70％，則不僅電極表面積小，且大孔之間的電解液流動(dòng)性差，導(dǎo)致液流電池的內(nèi)部壓力上升，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電池的泵時(shí)，會(huì)降低整個(gè)電池的效率。如果氣孔率超出99％，則電解液的流動(dòng)壓力容易損傷碳構(gòu)造體本身，導(dǎo)致電極內(nèi)部的物理、電學(xué)上的斷線(disconnected)，引發(fā)電解質(zhì)的本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種液流電池用碳構(gòu)造體電極，其中：在源自聚合物的碳構(gòu)造體表面及內(nèi)部，形成有可讓電解液流動(dòng)的多個(gè)球形大孔。

【技術(shù)特征摘要】
2013.10.25 KR 10-2013-01277141.一種液流電池用碳構(gòu)造體電極，其中：
在源自聚合物的碳構(gòu)造體表面及內(nèi)部，形成有可讓電解液流動(dòng)的多個(gè)球形
大孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液流電池用碳構(gòu)造體電極，其中：
所述大孔具有以最密堆積結(jié)構(gòu)堆積的形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液流電池用碳構(gòu)造體電極，其中：
所述大孔以蛋白石結(jié)構(gòu)排列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液流電池用碳構(gòu)造體電極，其中：
所述大孔的最大直徑平均為0.5μm至500μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液流電池用碳構(gòu)造體電極，其中：
所述大孔相互連接，從所述電極的一面通到另一面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液流電池用碳構(gòu)造體電極，其中：
所述碳構(gòu)造體包括聚合樹脂的碳化物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液流電池用碳構(gòu)造體電極，其中：
所述碳構(gòu)造體包括聚合樹脂的石墨化物質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的液流電池用碳構(gòu)造體電極，其中：
所述聚合樹脂包括選自聚丙烯腈、光刻膠用聚合物、人造纖維系列聚合物
及它們的組合而組成的組的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液流電池用碳構(gòu)造體電極，其中：
所述碳構(gòu)造體中大孔的氣孔率為70％至99％。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液流電池用碳構(gòu)造體電極，其中：
所述碳構(gòu)造體的厚...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：孫鐘和，金秉哲，金守?zé)?/a>，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：OCI有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：韓國(guó);KR