液流电池极板扩散电极交换膜电解质电子与离子阻抗测试关键技术.pdf

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1、液流电池极板扩散电极交换膜电解质电子与离子阻抗测试关键技术1报告人：唐普洪手机与微信：13867395488电子邮箱：嘉兴G60科创走廊产业与创新研究院浙江 嘉兴 2023.8.9目录contents 极板/电极界面接触电阻与压缩率测量仪01多孔扩散电极渗透率与死区测量仪02矾电解质氧化还原反应原位测量仪04质子交换膜电导率测量仪03极化组成、性质与量3欧姆极化组成：双极板本阻（垂直电阻+表层膜电阻），界面电阻（双极板/碳毡；碳毡与交换膜）；隔膜离子电阻（H+离子阴阳极穿梭的通道阻抗）；电解质离子在电场作用下由碳毡/膜形成的电阻。浓差与反应极化内阻组成：浓差极化为大电密下高浓度向低浓度扩散形成

2、的内阻。反应极化为不同价态（V2+,3+,4+,5+）不同价态水和后的反应速度差引起的内阻。活化极化是电解质与碳毡形成活性位点后内阻极化的量：M双极板本阻：2.5*10e-5/10e-6碳毡的本阻：PAN3.810e-5电解质的本阻:0.02隔膜的本阻：0.1-1界面电阻50m.mm2（极板/碳毡；碳毡/隔膜）极化的质：浓差极化：碳毡的不同压缩率下不同粘度与摩尔浓度的渗透率（300-500/um2）活化极化、反应极化：钒与碳毡V2+/V3,V4+/V5；电解质/碳毡界面氧化还原反应效率测试仪器：接触电阻与压缩率测量仪隔膜离子电导率测量仪扩散电极渗透率与死区测量仪矾电解质氧化还原反应测量仪四大材

3、料与极化的关系4 1、双极板电导率和接触电阻直接影响电池欧姆内阻,进而影响电压效率，接触电阻的大小与受力情况、双极板表面状态有直接关系。2、隔膜电导率直接决定电池内阻，从而影响电池的欧姆内阻，进而影响电压效率。3、扩散电极活性、压缩比和孔隙率会影响电解液在电极中的分布情况和电化学活性位点，进而影响电流在电极上的分布情况和参加化学反应的实际电极面积，电流在电极表面分布越均匀，浓差极化越小，电压效率越高。4.1、电解液流速会影响电池浓差极化，当电解液流速达到一定值时，电池浓差极化基本不再变化；电解液离子电导率和粘度会随着充放电状态变化而变化。4.2、电解液价态和体积会影响电池的浓差极化和欧姆内阻。

4、由于负极反应在充放电中所产生的极化在电池，尤其在充放电末期，当电解液价态高于3.5价时，电极表面负极活性物质的浓度比较高，增加了活性离子的驱动力，极化中占比较大进而降低了浓差极化，同时由于负极反应转移电子数大于正极反应的转移电子量，当电解液价态高于3.5价时，起到负极过量的作用，进而提高了负极电解液的电导率.各材料欧姆极化组成5 欧姆内阻主要由隔膜、双极板、电极及电解液等电池和电堆组件的电阻。按导电粒子可分电子电阻和离子电阻。按传导方向可分为面电阻（IP）和垂直电阻（TP）。按材料维度分为面电阻和体电阻。1、阳、阴极电解液是离子电阻；隔膜是离子电阻：2、电极/隔膜、双极板/电极等电池/电堆部件

5、之间的电子界面电阻（接触电阻）。3、双极板材料、电极材料、为材料面与体电阻 欧姆内阻反映了电池内部的固有电阻，它在电池充电和放电过程中始终存在。1、电压效率：内阻越大，在充放电过程中损失的电压就越多，导致充电电压升高，输出电压降低，电池电压效率降低。2、电解液利用率：内阻越大，充电电压升高，输出电压降低，电池很快到达充电/放电截止条件，电解液利用率降低。3、温度特性：内阻越大，产生的热量就越多，导致电池温度升高，进而启动电池温控系统，增加辅助损耗。4、循环寿命：内阻越大，电压效率、电解液利用率（容量）及辅助损耗越大，导致液流电池性能衰减很快。双极板/碳毡界面6种类种类制备工艺制备工艺形成特点形

6、成特点电阻特性电阻特性模压石墨模压石墨板板利用碳粉或石墨粉混合可石墨化树脂制备1）树脂与石墨复合2）材料各向异性3）气密性低4）一致性偏低5）区域密度不一致1）表面的塑胶层2）材料的各向异性3）z轴电阻金属板金属板1）不锈钢、钛合金、等直接加工后镀膜2）预测镀层带材，充液成形3）材料本体具备防腐性能，1）良好的电、热导体2）机械性质佳，强度高3）阻气性好、无孔性4）薄膜质量不均匀1）陶瓷、C、贵金属2）PVD，CVD，PECVD，MAS3）工艺一致性柔性石墨柔性石墨复合材料滚压：热塑或热固性树脂料混合石墨粉、增强纤维等形成预制料，并固化、石墨化后成型1）用螺杆出，制造快2）重量轻3）抗蚀性佳1