[發明專利]一種液流電池的復合材料雙極板制備方法

有效

• 申請號: 200910082216.6
• 申請日: 2009-04-20
• 公開（公告）號: CN101567452A
• 公開（公告）日: 2009-10-28
• 發明（設計）人: 王保國;徐冬清;范永生;劉平
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M4/88;H01M4/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司
• 代理人: 朱 琨

技術領域

本發明屬于液流電池雙極板制備技術領域。?

技術背景

利用太陽能、風能、海洋波浪能等可再生能源發電能夠減少人類對化石燃料的依存，是未來從自然界獲取能量的重要途徑之一。然而，由于太陽能、風能、海洋波浪能等具有不穩定特征，難于保持穩定的電能輸出，需要和一定規模的電能儲存裝置相配合，構成完整的供電系統，才能保證持續穩定的電能供應。因此，開發電能轉化效率高、儲存容量大、經濟性能好的儲能系統成為發展可再生清潔能源發電的重要環節。?

全釩液流電池(Vanadium?Redox?Battery，VRB)是一種新型化學電源，通過不同價態的釩離子相互轉化實現電能的儲存與釋放。由于使用同種元素組成電池系統，從原理上避免了正負半電池間不同種類活性物質相互滲透產成的交叉污染。利用溶解在電解液中不同價態釩離子作為電池正極和負極活性物質，正極電解液和負極電解液分開儲存，完全避免電池儲存過程自放電現象，適合于大規模儲能過程應用。當風能、太陽能發電裝置的功率超過額定輸出功率時，通過對液流電池充電，將電能轉化為化學能儲存在不同價態的離子中；當發電裝置不能滿足額定輸出功率時，液流電池開始放電，把儲存的化學能轉化為電能，保證穩定電功率輸出。在各種形式的儲能裝置中，全釩液流電池具有電能儲存與轉化效率高，使用壽命長、環保、安全的特點，易于和風能、太陽能發電相匹配，為可再生能源利用提供技術保證。用于電網系統儲能，可以避免抽水蓄能電站建設周期長，選址地理條件苛刻的缺點，適合于中等規模廠礦企業、賓館飯店、政府部門的不間斷電源使用，能夠有效改善電網供電質量，完成電網的“移峰填谷”作用。?

液流電池中的雙極板直接連接相鄰單電池的正極半電池和負極半電池，需要同時具備阻止電解液滲透和傳導電流能力，此外，雙極板還應具有良好化學穩定性、耐電化學氧化和一定的機械強度。通常情況，在高溫下將熱塑性聚合物熔融，然后加入乙炔黑、或石墨粉、或導電纖維作為導電填料，充分混合后加工成為導電塑料作為雙極板。該方法已在液流電池研究開發中成功使用(CN1515046A；CN1670992A)。為了克服高溫熔融加工過程溫度控制復雜，聚合物材料受熱分解、熔體粘度高，很難和導電填料充分混合等缺點，人們提出利用聚合物懸浮液和導電填料混合，將干燥后的浸泡物在70～80℃條件下反復碾壓成片，注入模具后在高溫爐中燒結成型的技術方法(CN101150192A)。由于無機碳素材料和有機高分子化合物的化學鍵性質與結構不同，導致材料內聚能、表面親疏水特性顯著差異，嚴重影響碳素類導電填料在聚合物懸浮液中的均勻分散，難于完成在分子尺度上的混合，影響雙極板導電性能進一步提高。?

利用熱塑性聚合物制備液流電池雙極板時，通過導電填料在聚合物中均勻分散并相互連接，形成導電網絡，實現雙極板導電性能。本發明提出溶液法混合和模壓法成型相結合的液流電池雙極板制備方案。選用合適的溶劑將聚合物材料溶解，制備成溶液，然后加入乙炔黑、或石墨粉、或導電纖維作為導電填料，充分攪拌混合。由于聚合物溶液的粘度遠低于高溫下聚合物熔融體的粘度，容易使導電填料均勻分散在聚合物溶液中，選用的溶劑對聚合物和導電填料都具有較好的親合性，有助于聚合物和導電填料混合均勻。將充分混合的聚合物和導電填料流延成薄層，脫除溶劑后成為片狀原料。若干片導電聚合物材料疊合在一起，在一定的溫度、壓力下將其模壓成型，冷卻后成為導電雙極板。利用模壓成型方法能夠一次性成型導流結構，實現電解液中的活性物質在雙極板表面的均勻流動，增大電化學反應界面面積，促進電化學氧化還原反應，提高液流電池電流密度。該雙極板用于液流電池中，利用聚合物材料的彈性容易實現液流電池電堆的密封和工程放大，完全避免電解液內漏與外泄。此外，溶液法混合工藝容易實現大規模生產，干燥過程脫除的溶劑能夠回收再用，實現環境保護和降低生產成本雙重效益。

發明內容

本發明目的在于提供一種復合材料雙極板制備方法，尤其是制備適用于液流電池中的導電雙極板。?

本發明的提出的一種液流電池的復合材料雙極板制備方法，所述方法依次含有以下步驟；?

步驟(1)，把高分子化合物聚偏氟乙烯溶解在二甲基亞砜溶劑中，所述聚偏氟乙烯在溶液中的濃度用重量百分數表示時為3％～11％，溶解過程在50℃～110℃溫度范圍內攪拌完成；?

步驟(2)，把導電填料加入步驟(1)得到的溶液中，在50℃～110℃溫度范圍內攪拌混合，所述導電填料為石墨粉，所述石墨粉/(石墨粉+聚偏氟乙烯)的重量百分數在30％～75％之間；?