碳毡在全矾液流电池当中的应用

250kw/1MWh全钒液流电池光储充示范项目|承德新新钒钛储能科技有限公司/供图

旭能瀚源 | 整体复合电极

机械强度高是电池系统结构稳定的保证，通过优化孔隙率和网状结构，在不会出现内部坍塌系统崩溃的前提下，充分保证活性物质的传输和均匀分布。另一方面，在压装过程中也需要通过增大压力来降低接触电阻，为了避免变形断裂等现象要求材料具备很好的韧性和可压缩性。

低廉的原材料和制备工艺成本是大规模商用的重要基础。而原料的开采和加工是否对环境造成影响，也是该电极材料能够持续开发应用的关键。

石墨毡电极|图源：碳能科技

以电极和双极板之间接触电阻为例，欧姆电阻会在电极压缩过程中不断降低，另一方面，压缩程度越高也会导致孔隙率越低，影响到电解质的传输并增大内阻，此外还会增加泵的消耗，降低系统效率。为了寻求平衡，在实际装配时会选择一个合适的压缩比以获得理想的整体效率。

一般来说，具有流道结构的全矾电池碳毡或石墨毡电极相对较厚，欧姆内阻较高。为了提高VRFB的功率密度，可以选择较薄的电极来缩短离子和电子的传输距离并减少欧姆极化，尽管如此，电极的表面积以及透水性也会随之降低，导致电化学极化内阻和浓差极化内阻的升高。

因此为了平衡三者影响，需要通过不断的测试电池性能来决定电极的厚度。实际应用中，为了减少薄电极对电化学极化的影响，还可以对碳毡材料进行改性处理来提高电化学可逆性以及催化活性。为了减少浓差极化的影响，通过优化多孔结构如孔形，孔径，孔分布来提高电极的渗透性。

碳毡按照原料不同主要分为聚丙烯腈(PAN)基碳毡，人造丝碳毡和沥青碳毡三大类，其中价廉物美的聚丙烯腈(PAN)基碳纤维市场应用很广。

碳毡的的制备首先需要将碳纤维短切和铺网，经过针刺加工成型，其中针刺工艺是将带倒钩的针反复垂直刺入纤维网，使蓬松的纤维网被压缩。针刺退出时，刺入的纤维会脱离倒钩并留在纤维网中，纤维互相融合形成一定强度和均匀厚度的碳纤维毡体。

下一步进行预氧化步骤，通过不同温度碳化获取碳毡或者石墨毡，一般碳毡的热处理温度在1000摄氏度以上，石墨毡的热处理温度在2000摄氏度以上。

图源：普向环保

https://www.bipolar-plate.com/zh-hans/carbon-felt-in-vrfb.html

原文始发于微信公众号（艾邦液流电池网）：碳毡在全矾液流电池当中的应用