液流电池双极板介绍

液流电池（Flow Battery）拥有安全性高,循环寿命高 、可扩展等特点是一种非常有前景的大规模储能技术。液流电池体系包括:全钒液流电池、铁铬液流电池、硫铁液流电池、锌溴液流电池那件双极板用于实现多个电池等 。作为液流电池中的重要电流的传导，并且为液流电池的串联与分隔 、电池中产生中的反应电极提供支撑 。

双极板在液流电池中的作用和原理

作用：

1）电流收集和传导

工作原理：

1） 导电性：双极板材料需要具备良好的导电性，以便高效地收集和传导电流。常用的材料包括石墨、碳复合材料以及一些金属或合金。

双极板模型|图源：杜科新材

3） 电解液隔离和密封：双极板通过特殊的设计和制造工艺，实现对电解液的有效隔离。常见的设计包括在双极板上开设流道、孔隙或使用涂层技术，以确保电解液在流动时不发生混合。

4） 流体动力学设计：为了优化电解液的流动，双极板通常设计有复杂的流道结构。这些流道结构不仅要确保电解液在电池内的均匀分布，还需要最小化流动阻力，提高能量转换效率。

流道石墨双极板|图源：南海碳材

• 具有优良的导电性能（欧姆电阻小，与电极的接触电阻小）

• 具有良好的机械强度和韧性（需要支撑电极，在紧压下不发生脆裂）

• 具有良好的致密性（不发生电解液漏液，电池之间无渗透）

• 具有良好的化学稳定性及耐酸性和耐腐蚀性（耐酸耐电化学腐蚀，耐强氧化还原性）

双极板材料类型

石墨双极板分为硬质石墨双极板和柔性石墨双极两类：

硬质石墨双极板的加工性能较差，需要更严苛的加工工艺，而且脆性较大，在电堆的组装紧压时容易脆断。

柔性石墨双极板是一种以可膨胀石墨为基材并辅以材料复合改性的双极板，具有高导电特性，同时又具有一定韧性，是更理想的液流电池双极板，但制备难度较大，致密性较差，需要优化。

柔性石墨双极板三代 |图源：威海南海碳材料

石墨双极板|图源：上海液流储能展-华熔科技

碳塑双极板和板框焊接后 | 图源：旭能瀚源新材料

●  挤出成型工艺

通过将复合材料在具有螺杆的旋转筒体中混合软化，然后挤出到模具中，经过一段时间的冷却固化将模具打开并将复合双极板顶出，通常是半自动化甚至自动化的工艺过程。

●  模压成型工艺

将混合好的复合材料置于模具中，在热压机中加热并施加一定压力，然后保温保压一定时间，最后冷却固化、卸压开模。

挤出成型的工艺优势在于生产设备成本低、生产效率高及生产周期短，而缺点在于挤出成型对树脂含量的要求较高，限制了双极板的电导率提升；相对而言，模压成型的设备成本较高，但是其优势在于树脂含量无具体要求，有利于提高双极板电导率：两种成型工艺各有优劣，相比之下模压成型的复合双极板的导电性能更佳。

裁切后的双极板|图源：南京旭能瀚源新材料有限公司

因此，如何得到低电阻率、高强度的碳塑双极板一直是液流储能电池双极板的研究重点。