[發明專利]一種液流電池用雙極板和其制備及應用

有效

• 申請號: 201611089179.8
• 申請日: 2016-12-01
• 公開（公告）號: CN108134095B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 劉濤;張華民;李先鋒
• 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

一種液流電池用雙極板及其制備和應用。其由熔融指數為2?10的高密度聚乙烯、導電填料以及潤滑劑組成的碳塑復合板，或是由熔融指數為2?10的高密度聚乙烯、導電填料組成的碳塑復合板，高密度聚乙烯的質量分數為25?35％，導電填料的質量分數為65?75％，潤滑劑的質量分數為0?2％。該雙極板解決了聚丙烯為基體的碳塑復合雙極板耐鹵素腐蝕性差、韌性差及碳塑復合雙極板電導率低的問題，從而具有高導電性和良好的耐腐蝕性，能夠降低液流儲能電池的歐姆內阻及延長電堆的壽命。

技術領域

本發明涉及化學儲能技術中的液流電池領域，特別涉及液流電池的雙極板及其制備方法和應用。

背景技術

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，為了提高導電性，需要提高材料中的導電填料含量。然而，導電填料含量過高會使復合板的韌性變差，不宜于電堆組裝。目前，液流電池用的碳塑復合雙極板的基體多是聚丙烯，其在硫酸體系的電解液中較為穩定，但如果應用于使用硫酸和鹽酸混合的混酸體系電解液的全釩液流電池中，則由于其耐腐蝕性較差會導致復合板在電池運行過程中發生局部燒蝕，機械性能大幅度降低，損害電池壽命。因此，有必要研制高耐腐蝕性高導電性高韌性的碳塑復合雙極板。

發明內容

液流電池為追求高功率密度，要求低電池內阻，因此對雙極板的電導率由較高要求，而要提高電導率，則要提高導電填料的含量。為制備體電導率高于10S/cm的碳塑復合雙極板材料，通常導電填料的質量分數要達到60％以上，此時由于聚合物基體中含有大量的導電填料，因此粘度增大，流動性降低，一方面會造成成型加工困難，一方面制備的雙極板較脆，無法滿足裝堆對機械性能的要求，尤其是韌性方面。此外，一些液流電池如鋅溴液流電池、多硫化鈉溴液流電池或使用混酸體系電解液的全釩液流電池，由于電解液中含有鹵素，對雙極板的耐腐蝕性要求更高，以聚丙烯為基體的碳塑復合雙極板無法滿足其使用要求。為此，本發明旨在提供一種具有高耐腐蝕性、高導電性、高韌性的液流儲能電池用雙極板及其制備方法，以降低電池內阻，延長電池壽命。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

本發明提供的雙極板是由熔融指數為0.05-10的高密度聚乙烯、導電填料以及潤滑劑組成的碳塑復合板，或是由熔融指數為0.05-10的高密度聚乙烯、導電填料組成的碳塑復合板，高密度聚乙烯的質量分數為25-35％，導電填料的質量分數為65-75％，潤滑劑的質量分數為0-2％。

優選的，所述碳塑復合板中高密度聚乙烯的質量分數為25-30％，導電填料的質量分數為70-75％，潤滑劑的質量分數為0-1％。

其中，所述高密度聚乙烯為擠出級高密度聚乙烯，熔融指數優選0.5-5。

所述導電填料為石墨、碳黑、碳纖維、石墨纖維、乙炔黑、碳納米管中的一種或幾種。

所述潤滑劑為聚乙烯蠟、硬脂酸、硬酯酸鈣、硬酯酸鋅、石蠟、乙烯基雙硬脂酰胺中的一種或幾種。

所述熔融指數為采用ASTM D1238標準測試方法在230℃/2.16kg條件下測得。