精确的压缩控制是决定多孔电极液流电池运行效率的关键控制因素。它需要平衡两种相互竞争的物理需求：建立低电阻的电气连接，同时保持液态电解质流动所需的开放结构空隙。
核心要点 在液流电池中实现最佳性能需要一个“恰到好处”的压缩比——通常约为 25%——以最小化电气接触电阻，同时又不压碎电极的孔隙。这种平衡确保电子能够自由地流入集流体，同时电解液仍能以最小的阻力渗透到电极中。
工程挑战：导电性 vs. 渗透性
碳纸电极在液流电池组装中起着两种不同的作用。困难在于，通过压缩改善一种功能通常会损害另一种功能。
压缩的功能
为了作为电子导体，碳纸必须与集流体（双极板）紧密接触。
施加压力会减小这些层之间的界面距离。这最小化了接触电阻，使电子能够有效地流出电池。
对孔隙率的风险
为了作为流体传输器，电极必须保持多孔性。主要参考资料指出，大约85%的高内部压缩孔隙率是理想的。
过大的力会压碎碳纤维，降低这种孔隙率。这会产生流体传输阻力，使得泵送电解液穿过电池变得困难，并导致反应位点缺料。
最佳压缩的力学原理
工程师必须使用实验室压机或精密垫片来瞄准特定的几何形状，而不是仅仅施加最大力。
目标压缩比
研究表明，大约25%的压缩比通常是碳纸电极的最佳目标。
例如，这包括将标准电极片从初始厚度280 μm 压缩到 210 μm。
改善界面接触
受控压力消除了电极与集流体之间由表面粗糙度引起的微观间隙。
正如在一般电池组装原理中所强调的，这创建了一个无缝的物理界面。这种“无阻碍的通道”对于最大化电子传导效率至关重要。
理解权衡
在此装配步骤中未能实现精确度会导致两种不同的失效模式。理解这些有助于在测试期间诊断性能问题。
压缩不足的代价
如果压缩比过低（例如，<15%），电极会松散地浮动在集流体上。
这会导致高界面接触电阻。电池将表现出较差的电压效率，因为能量在界面处以热量的形式损失，而不是用于电化学反应。
过度压缩的代价
如果压缩比过高（例如，>30%），碳纸的机械结构会坍塌。
这会造成流体传输的传导阻塞。泵必须更努力地将电解液泵过电池，并且活性表面积变得不可及，从而降低了速率性能。
为您的目标做出正确选择
在设计您的组装规程或选择垫片厚度时，您的特定性能目标决定了所需的精确公差。
- 如果您的主要关注点是峰值功率密度：瞄准较高的压缩公差范围（接近 25-28%）以最小化电阻，前提是您的泵能够处理轻微的压降增加。
- 如果您的主要关注点是系统效率（泵送损耗）：倾向于较低的压缩公差范围（接近 20-22%）以最大化液压渗透性并降低泵送能源成本。
最终，液流电池组装的成功不在于您将电池夹得多紧，而在于您在负载下精确保持电极内部几何形状的能力。
总结表：
| 指标 | 压缩不足（<15%） | 最佳压缩（~25%） | 过度压缩（>30%） |
|---|---|---|---|
| 电阻 | 高（接触不良） | 低（接触极佳） | 最小 |
| 流体渗透性 | 最大 | 平衡（高孔隙率） | 低（孔隙被压碎） |
| 主要风险 | 电压效率损失 | 不适用（理想性能） | 泵送损耗和缺料 |
| 结构状态 | 松散/有间隙 | 紧密界面 | 纤维坍塌 |
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参考文献
- Emre Burak Boz, Antoni Forner‐Cuenca. Correlating Electrolyte Infiltration with Accessible Surface Area in Macroporous Electrodes using Neutron Radiography. DOI: 10.1149/1945-7111/ad4ac7
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
