5-28  千瓦级钒电池用复合石墨板的研制

崔艳华  兰  伟  李晓兵  常  芳  孟凡明

钒电池作为储能电池具有广阔的应用前景，主要应用在电站调峰以平衡负荷，以及用作大规模光电转换、风能发电的储能电源和边缘地区储能系统，不间断电源或应急电源系统。导电双极板是钒电池电堆中的重要组件，要求除电化学活性外，应具有一定的机械强度、导电性好、不透液体，相当的比表面、在强酸性条件下不发生阳极氧化或溶解、有一定的导热性等。它的性能对电堆功率输出和循环寿命具有重大影响。目前此类电池常用的双极板是无孔石墨板和导电塑料板。无孔石墨板国内尚没有生产能力，采用气孔率为15%的机制石墨板进行了多次处理，并应用在钒电池中，取得了良好效果，电池输出功率可以达到1 kW以上。

厚度3 mm的机制石墨板采用热固性树脂浸渍处理后，在高温惰性气体中烧结，使树脂炭化。处理完毕后气孔率由15%降到5%~7%，图1为处理前后石墨板的循环伏安曲线。曲线表明，石墨板在处理后，氧化峰和还原峰的峰值电流都明显减小，表明石墨板真实表面积减小，说明其内孔被大量堵塞，防止液体渗透性能提高。不导电树脂的填充，在一定程度上增大了石墨板的电阻，因此平衡电位附近的极化率增大。处理后的石墨板用作钒电池的导电双极板，电堆的放电电流密度可达到120 mA/cm²，多个单体堆叠，电池输出性能也较稳定，说明双极板内阻较小。图2是电极面积为256 cm²的1号钒电池在120 mA/cm²放电电流密度下的放电曲线。曲线表明1号电池在120 mA/cm²的放电电流密度下可以输出8.3 V的稳定电压，其库仑效率为80%，可以满足实用要求。

由于石墨板的脆性，机制板材的面积不能过大，否则会在装配过程中发生变形，应力长期作用有可能造成裂缝，导致两极电解液的互相渗透，使电池效率下降。研制的#2钒电池将电极面积放大到784 cm²，性能参数及其与1号电池的对比如表1。

从表1可看出，电极面积放大后，电池性能没有下降，电池2稳定循环近百周期，性能无明显下降，表明研制的复合石墨板可以稳定应用于钒电池中，输出功率可达到1 kW，其实际应用效果较好。