[發明專利]一種含氟樹脂的導電塑料雙極板制備方法

有效

• 申請號: 201010129658.4
• 申請日: 2010-03-19
• 公開（公告）號: CN101814605A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發明（設計）人: 王保國;徐冬清;成旭光;范永生;韓洪濤
• 申請（專利權）人: 清華大學;承德萬利通實業集團有限公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M8/02
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 朱琨

技術領域

本發明涉及電能轉化與儲存技術領域，特別是制造液流電池雙極板的方 法。

背景技術

為了減少使用煤炭等化石燃料所帶來的大量二氧化碳等溫室氣體排放，以 及二氧化硫等酸性氣體對環境的破壞性，亟需發展太陽能、風能等可再生清 潔能源利用技術。然而，由于太陽能、風能、海洋波浪能等具有不連續、隨 機性等特征，需要和一定規模的電能儲存裝置配合使用，才能構成完整的供 電系統，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的關鍵之一。

全釩液流電池(Vanadium?Redox?Battery，VRB)是一種新型化學電源， 適用于大規模蓄電儲能場合使用。由于使用同種元素釩構成電化學系統，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。使 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，從原理上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對中；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，以及易于大批量加工特性。通 常情況，在高溫下將熱塑性高分子樹脂融化，然后加入乙炔黑、石墨粉、導 電纖維等導電填料，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；CN101308923A)。為了克服高 溫熔融加工過程溫度控制復雜，高分子樹脂材料分解、熔體粘度高，很難和 導電填料充分混合等缺點，人們提出利用高分子樹脂懸浮液和導電填料在 70～80℃條件下進行混合，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樹脂中化學鍵性質與結 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 填料在高分子樹脂懸浮液中的均勻分散，影響雙極板導電性的改善。使用強 極性有機溶劑把導電填料和工程高分子溶解，變為均勻溶液后能夠明顯改善 混合特性(CN?200910082216.6)。但是，溶液中的強極性有機溶劑和高分子鏈 之間強烈相互作用，導致脫溶劑過程十分緩慢，不利于大規模工業化生產， 需要尋找合適的分散溶劑。此外，為了和液流電池的電池板框相配和，以便 于熱融合加工或粘結，需要調節導電塑料雙極板的表面能。