[發明專利]一種細菌纖維素膜基雙極板及其制備方法

有效

• 申請號: 201710784907.5
• 申請日: 2017-09-04
• 公開（公告）號: CN107799785B
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發明（設計）人: 馮林
• 申請（專利權）人: 深圳邁遼技術轉移中心有限公司
• 主分類號: H01M8/0234
• 分類號: H01M8/0234;H01M8/0247;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 深圳市蘭鋒知識產權代理事務所(普通合伙) 44419
• 代理人: 劉小芹

本發明公開了一種細菌纖維素膜基雙極板及其制備方法，所述制備方法包括以下步驟：(1)濕膜純化；(2)濕膜脫水；(3)干膜碳化。本發明創造性的采用細菌纖維素膜作為原料來制備碳質雙極板，一方面由于細菌纖維素膜具有超精細的三維網狀結構，并且由納米尺度的纖維緊密堆積，充分保證了碳化后的材料具有良好導電性的同時兼具優異的氣密性、機械強度和耐蝕性；另一方面纖維之間極強的作用力，使得經脫水和碳化步驟后材料的性質穩定。本發明的細菌纖維素膜基雙極板的原料來源廣、綠色環保，同時制備方法簡單、所需設備成本低廉，與現有商用雙極板相比，具有顯著的應用前景。

技術領域

本發明屬于電堆用雙極板技術領域，具體涉及一種細菌纖維素膜基雙極板及其制備方法。

背景技術

近年來，電池得到了迅速的發展，特別是在車載驅動電源、便攜式電源和儲能電站等領域。針對不同應用場合，需要根據用電產品對電池的電壓和電流做出具體要求，需將多個單體電池按照特定的串聯或并聯方式組合而成。電池單體重疊時，相互隔開的隔板稱為雙極板。雙極板應具有如下功能和特點：(1)高的導電性；(2)高的耐腐蝕性；(3)高的導熱性；(4)高的阻氣、阻液性；(5)高的力學性能；(6)較低的成本。

鑒于上述要求，在雙極板的設計過程中，材質的選擇和工藝的設計非常重要。目前，研究者開發了金屬基雙極板、導電塑料雙極板及純碳雙極板。金屬基雙極板的材料成本、耐化學蝕性等一系列問題限制了其應用；導電塑料雙極板的導電性和機械強度間存在難以調和的矛盾，難于獲得綜合性能優異的雙極板；純碳雙極板的生產工藝相對非常復雜，造成其制備成本較高，在大規模儲能電堆領域難以推廣。

細菌纖維素作為一種近年興起的特殊材料，與天然纖維素具有相同的分子結構單元，同時也具有許多獨特的性質：如(1)高結晶度和高的聚合度；(2)超精細網狀結構；(3)高彈性模量等。若能夠充分利用其具有的精細結構，通過簡單的碳化工藝將其轉化為導電材料，即可制備出特殊導電網絡結構的雙極板，綜合改善雙極板導電性能、耐蝕性能、氣密性能及機械性能等。

發明內容

為了克服現有技術的缺陷，本發明的目的是在于提供一種細菌纖維素膜基雙極板及其制備方法，本發明所制得雙極板具有特殊的三維導電結構，綜合性能優異，厚度較薄，能夠提高電堆的能量密度，同時本發明選用的材料綠色環保，為高性能電堆技術的開發提供有力的材料支撐。

為實現本發明的目的，本發明所采取的技術方案為：

一種細菌纖維素膜基雙極板，所述雙極板由直徑為20nm-200nm具有三維網狀多孔結構的細菌纖維素濕膜經純化、脫水和碳化制得。

其中，所述細菌纖維素濕膜呈凝膠狀，水份含量為35％～95％，濕膜厚度為0.3mm～5mm。

所述的雙極板具有較強的憎水性，接觸角大于80°。

所述濕膜純化的工藝為：將細菌纖維濕膜經過酸液或堿液浸泡一段時間后再用水沖洗1-2次，除去濕膜中的菌體和培養基即可。

所述濕膜脫水的工藝為：將純化后的細菌纖維素濕膜置于兩片金屬板之間，施加5MPa～50MPa的壓力，經過常壓脫水、減壓脫水或冷凍干燥中的任意一種方式除去濕膜中的水分子得到細菌纖維素干膜。

所述碳化的工藝為：將細菌纖維素干膜在高純氮氣保護下置于碳化爐中加熱、保溫得到細菌纖維素膜基雙極板。

所述干膜的厚度為0.1mm～2.2mm。

所述干膜的碳化溫度為1200℃～2200℃，碳化時間為2h～8h。

另外，本發明要求保護所述細菌纖維素膜基雙極板的制備方法，具體包括如下步驟：

(1)濕膜純化：將細菌纖維濕膜經過酸液或堿液浸泡一段時間后再用水沖洗1-2次，除去濕膜中的菌體和培養基，實現濕膜純化；