[發明專利]一種液流儲能電池用雙極板及其制備方法

有效

• 申請號: 201210313316.7
• 申請日: 2012-08-29
• 公開（公告）號: CN103633336A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 張華民;劉濤;姚川
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

技術領域

本發明涉及化學儲能技術中的液流儲能電池領域，特別涉及液流儲能電池雙極板及其制備方法。

背景技術

全釩液流儲能電池因其具有輸出功率和容量相互獨立，系統設計靈活；能量效率高，壽命長，運行穩定性和可靠性高，自放電低；選址自由度大，無污染、維護簡單，運營成本低，安全性高等優點，在規模儲能方面具有廣闊的發展前景，被認為是解決太陽能、風能等可再生能源發電系統隨機性和間歇性非穩態特征的有效方法，在可再生能源發電和智能電網建設中有著重大需求。

雙極板作為液流儲能電池的關鍵部件，起著將單電池串聯起來組成電堆的作用，需要具有良好的導電性、阻液性、化學穩定性以及一定的機械強度。

目前主要用到的雙極板材料為硬質石墨板和碳塑復合材料。硬質石墨板具有電導率高、阻液性和化學穩定性好的特點，但高成本、機械性能差限制了其實際應用。碳塑復合材料是目前廣受關注的一種雙極板材料，主要優點是加工簡單，成本低廉，易于實現大規模生產。然而，這種材料導電性較差，尤其是由于含有一定數量的不導電聚合物，使得雙極板表面由導電顆粒和不導電聚合物組成，多孔電極與其接觸時，一部分接觸點是接觸到不導電聚合物上的，無法形成導電通路，從而造成雙極板與電極材料的接觸電阻較大，增大了電池的歐姆內阻，降低了電池性能。

目前已公開的專利文獻中針對減小電極雙極板間接觸電阻的方法主要有：

研究和開發電極與雙極板一體化的復合電極，即一體化電極雙極板來降低電極雙極板間的接觸電阻。如CN?101009376A中公開的，將雙極板與多孔電極通過導電粘結材料粘結在一起形成一體化電極雙極板。然而，由于導電粘結材料也是由導電填料和有機聚合物混合而成的，并不能保證多孔電極與雙極板的每個接觸點都可以構成導電通路，從而無法最大限度的降低接觸電阻，因此對于電壓效率和能量效率的提高程度有限。

發明內容

本發明目的在于提供一種具有低電極雙極板接觸電阻的液流儲能電池用雙極板及其制備方法，提高電池的工作電流密度。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種液流儲能電池用雙極板，所述雙極板采用厚度為0.5-5mm（優選1-2mm），的碳塑復合板作為基體材料，在基體一側或兩側表面涂覆有導電層，導電層厚度為1-1000μm，優選2-200μm。

導電層為碳粉或碳粉與粘結劑組成的混合物，其中碳粉和粘結劑的質量比為7/1~100/1，優選9/1~20/1。

所述碳粉為石墨粉、膨脹石墨粉、碳黑、碳纖維粉末、乙炔黑、碳納米管或碳納米纖維中的一種或二種以上；所述粘結劑為聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯。

所述碳塑復合板由聚合物樹脂和碳塑導電填料組成。

共混后采用模壓或擠出壓延成型工藝制備而成，其中聚合物樹脂和導電填料的質量比為1/6~4/1，優選1/4~1/1。

所述聚合物樹脂為熱塑性樹脂或熱固性樹脂中的一種或兩者的混合物；

所述熱塑性樹脂為聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛、氟樹脂、聚砜、聚醚砜、酚醛樹脂中的一種或二種以上；熱固性樹脂為環氧樹脂或有機硅樹脂中的一種或二者混合物；

所述碳塑導電填料為石墨、碳黑、碳纖維、石墨纖維、乙炔黑、碳納米管或碳納米纖維中的一種或二種以上；

所述雙極板具體制備方法如下，

（1）按比例將聚合物樹脂和碳塑導電填料混合均勻，可采用高速攪拌加混煉的方式或者溶液法混合方式；

（2）將混合料進行混煉造粒，并采用模壓工藝或擠出壓延成型工藝制備碳塑復合板；

（3）將碳粉加入乙醇溶劑中或者將碳粉和粘結劑共混后加入乙醇或NMP溶劑中，混合均勻配成漿料，在碳塑復合板一側表面或兩側表面通過噴涂、刮涂或涂布方法平鋪漿料，然后干燥除去溶劑；

（4）將步驟（3）的碳塑復合板放入模具中，進行熱壓制備雙極板。

所述聚合物樹脂和導電填料的質量比為1/6~4/1；

所述碳粉和粘結劑質量比為7/1~100/1，優選9/1~20/1。漿料溶質濃度為1~200g/L；

所述熱壓溫度為100~300℃，熱壓壓力為5~50MPa，熱壓時間為1~30min。

所述步驟（1）中采用高速攪拌的方式，高速攪拌的轉速通常為1000～5000轉/分，攪拌次數1～10次，時間為1～10分鐘/次；

所述步驟（2）中應用密煉機或雙螺桿擠出機對物料進行混煉并造粒，混煉溫度通常為100～400℃，混煉時間通常為5～100分鐘。