[發(fā)明專利]一種高分散復(fù)合導(dǎo)電樹脂雙極板的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410134384.6
• 申請日: 2014-04-03
• 公開（公告）號: CN104577140A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 范星河;顧敖大;丁曉莉
• 申請（專利權(quán)）人: 宜興市清能新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88
• 代理公司: 宜興市天宇知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 32208
• 代理人: 李妙英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及可應(yīng)用于燃料電池、液流電池的復(fù)合導(dǎo)電樹脂雙極板制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高分散導(dǎo)電樹脂材料的制備方法。

背景技術(shù)

全釩氧化還原液流電池（VFB）是一種新型的儲能電池，因具有循環(huán)壽命長、可靠性高、設(shè)計靈活等特點，而備受關(guān)注，被認為是一種適用于大規(guī)模儲能應(yīng)用的儲能電池，可作為風(fēng)能、太陽能、潮汐能等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的儲能模塊，將它們的不穩(wěn)定的電能輸出調(diào)節(jié)為穩(wěn)定的電能輸出，并入電網(wǎng)，從而具有廣闊的應(yīng)用前景。VFB是將電能分別貯存在正、負極電解液中，電解液中的多價態(tài)的釩離子是儲能的活性物質(zhì)。在VFB進行充放電時，正、負極電解液在泵的驅(qū)動下分別循環(huán)流動于液流電池堆的正、負工作電極中，同時電解液中多價態(tài)的釩離子在電極上發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而實現(xiàn)液流電池的充放電過程，該過程可由下述反應(yīng)方程式描述：

正極：

負極：

雙極板是VFB的關(guān)鍵材料之一，其在電池堆內(nèi)部發(fā)揮支撐電極材料、集電等重要作用，這就要求雙極板具有良好導(dǎo)電性、阻液性、抗強酸、抗氧化、耐電化學(xué)腐蝕以及較高的機械強度。傳統(tǒng)金屬雙極板或石墨雙極板由于存在價格昂貴、不耐酸或由于存在不耐電化學(xué)腐蝕、機械強度不夠等缺點不能長時間作為雙極板應(yīng)用于全釩液流電池。而導(dǎo)電樹脂材料，因其以聚合物為基體材料并在其中添加導(dǎo)電劑，使得導(dǎo)電樹脂相對于傳統(tǒng)金屬雙極板或石墨雙極板具有耐酸、耐氧化、抗電化學(xué)腐蝕、高穩(wěn)定性、成本低、機械性能強等特點，從而可作為長壽命雙極板應(yīng)用于全釩液流電池。

目前已有技術(shù)制備的導(dǎo)電樹脂雙極板，多采用聚合物與導(dǎo)電劑直接混合或通過添加助分散劑促進聚合物與導(dǎo)電劑的均勻混合的方法來制備導(dǎo)電樹脂材料及其板材。這些制備工藝中導(dǎo)電劑相與聚合物相之間可能會由于兩相結(jié)構(gòu)和性能的差異，而使得導(dǎo)電劑與聚合物在均勻混合方面性能欠佳。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種低成本，能生產(chǎn)出具有耐酸、耐氧化、耐電化學(xué)腐蝕、高電導(dǎo)率、高機械性能產(chǎn)品的高分散復(fù)合導(dǎo)電樹脂雙極板的制備方法。

技術(shù)方案：為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所述的一種高分散復(fù)合導(dǎo)電樹脂雙極板的制備方法，它包括以下步驟：

（1）將400-600ml的磺化劑加入容積為1L的反應(yīng)器中并攪拌，再將50-250g的樹脂基體緩慢加入到攪拌中的磺化劑中，在30℃-110℃下反應(yīng)1-9h，反應(yīng)結(jié)束冷卻后將產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至去離子水中抽濾洗滌至中性后在50℃-180℃條件下，真空干燥10-24h，得到磺化的樹脂基體材料；

（2）將20-300g的氫氧化鈉或氫氧化鉀加入到0.5-1.5L的去離子水中，攪拌形成堿性水溶液，再加入50-200g的導(dǎo)電劑，在30℃-90℃條件下處理1-9h，反應(yīng)完成后冷卻并使用去離子水抽濾洗滌至中性，在50℃-180℃條件下，真空干燥10-24h，研磨后得到堿處理的導(dǎo)電劑；

（3）將步驟（1）中磺化的樹脂基體材料在100-120℃下溶解在第一有機溶劑中，并將步驟（2）中堿處理的導(dǎo)電劑緩慢加入，在30℃-120℃條件下攪拌混合1-10h；

（4）將步驟（3）中混合均勻的導(dǎo)電樹脂轉(zhuǎn)移至第二有機溶劑中析出，經(jīng)抽濾洗滌、在50℃-180℃條件下，真空干燥10-24h、研磨粉碎后，篩選粒徑在50-150微米之間的粉體作為導(dǎo)電樹脂的粉體材料；

（5）取50-100g步驟（4）所得的導(dǎo)電樹脂的粉體材料放在熱壓模具中，在100-240℃、10-40MPa壓力條件下，熱壓成厚度為0.5-3mm的薄板，即得到高分散導(dǎo)電樹脂薄板。

所述磺化劑為濃硫酸、發(fā)煙硫酸、氯磺酸、乙酰基磺酸中的一種。

所述樹脂基體為苯乙烯—丙烯腈、丙烯腈—丁二烯—苯乙烯、苯乙烯—丁二烯—苯乙烯中的一種，且為粒狀或粉體材料。

所述導(dǎo)電劑為石墨、活性炭或?qū)щ娞己谥械囊环N。

所述第一有機溶劑為DMF、DMAC、DMSO、二氯甲烷中的一種。

所述第二有機溶劑為乙醇或丙酮。

在所述步驟（1）中，基體樹脂在磺化劑中的質(zhì)量百分比在10-30%。

在所述步驟（2）中，導(dǎo)電劑在堿性水溶液中的質(zhì)量百分比在5-20%。

在所述步驟（3）中，磺化的樹脂基體材料在第一有機溶劑中的質(zhì)量百分比在3-10%。