一种全钒液流电池用复合双极板的制备方法与流程

（一）技术领域

本发明涉及液流电池技术领域，特别涉及一种全钒液流电池用复合双极板的制备方法。

（二）

背景技术：

全钒液流电池的优点主要表现在：电池自放电很小；充放电转化效率高；充放电承受能力强，可多次深度充放电，特别适用于需要快速充电和大电流放电的场合；清洁安全无污染，是一种理想的绿色电池，符合现代环境保护理念。全钒液流电池常用于稳定太阳能、风能等可再生能源的输出，解决它们由于波动大、不稳定而难以并网的问题；用于电力系统大规模储能，削谷填峰、负荷功率平衡；电能质量管理控制；还可用于重要部门设备的ups和紧急电源等。

全钒液流电池对电极的要求必须具备以下特征：电化学活性好、耐强氧化和强酸性、导电性能好以及机械强度高等特点。目前为止，所用的电极材料主要为金属电极、以石墨毡、碳毡和石墨-碳复合材料为代表的碳素电极和复合导电塑料电极。研究表明金属电极成本太高、可逆性较差、长期使用后容易发生钝化，降低电池性能；而导电塑料电极电阻率较大；碳素电极相对价格便宜、可靠性高、使用和维护费用都较低，但长期在高电流密度下容易发生蚀刻，因此电池性能受到制约，如何得到稳定性好、电阻率低、电化学活性好、成本低的电极，已经成为了钒电池系统研究和发展的关键方面。

（三）

技术实现要素：

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种稳定性好、电阻率低、电化学活性好、成本低的全钒液流电池用复合双极板的制备方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种全钒液流电池用复合双极板的制备方法，包括如下步骤：

（1）将高分子聚合物材料制成平板，置于上下两层多孔结构碳素/金属基材之间，得到复合结构；

（2）将步骤（1）中得到的复合结构通过加热的双轧辊进行辊压，得到复合导电塑料板；

（3）将石墨毡/碳毡放在浓硫酸中处理后用去离子水洗净，然后放到马弗炉中，于180-300℃下烘烤4-6h取出待用；

（4）在复合导电塑料板上下两侧分别铺设石墨毡/碳毡，一起放置于模具中，加热至100-150℃，从上下两个方向压力合膜，得到最终的一体化双极板。

本发明将上下两层为多孔结构碳素/金属基材，中间夹高分子聚合物材料，通过加热的双轧辊压制成一块复合导电塑料板；然后再通过热压的方式把石墨毡/碳毡粘接所得到的复合板两侧形成最终的复合双极板。本发明中，多孔结构碳素/金属基材不仅在塑料中形成导电网络，并且形成骨架大大增强了双极板的机械强度。

其优选的技术方案为：

步骤（1）中，高分子聚合物材料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、尼龙、聚吡咯、聚碳酸酯和聚苯胺中的一种或几种。

多孔结构碳素/金属基材为石墨毡、碳毡、碳纤维纸、碳布、泡沫铜或泡沫镍。

高分子聚合物材料和多孔结构碳素/金属基材的质量比为60-90%：40-10%。

步骤（2）中，复合结构以3-10m/h的速度通过加热到130-180℃的双轧辊。

步骤（3）中，石墨毡/碳毡的厚度为3-8mm，浓硫酸的质量浓度为70-98%，石墨毡/碳毡在浓硫酸中处理4-8h。

步骤（4）中，合膜压力为30-50mpa，保持时间为0-30min。

本发明既满足钒电池电极板耐酸、耐氧化性、无渗液的要求，又增加了电极板的强度、比表面积、导电性，并降低了电阻率，不仅工艺简单，而且加工成本低，寿命更长。

（四）附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明复合板的制备状态示意图；

图2为本发明双极板的结构示意图。

图中，1高分子聚合物材料，2多孔结构碳素/金属基材，3复合板，4双轧辊，5石墨毡/碳毡。

（五）具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1：

一种全钒液流电池用复合双极板，由以下方法制备得到：

（1）将聚乙烯改性塑料和1mm的泡沫镍按一定的重量比70%：30%进行配置，并且将聚乙烯改性塑料制成2mm的平板，置于上下两层泡沫镍之间；

（2）将步骤（1）中得到的两层泡沫镍之间夹聚乙烯改性塑料板以3m/h的速度通过加热到130℃的双轧辊，得到一块复合导电塑料板；

（3）将3mm的钒电池用石墨毡放在70%的浓硫酸中处理8h后用去离子水洗净，然后放到马弗炉中，在温度为180℃下烘烤6h后取出待用；

（4）将聚乙烯改性塑料复合板放置于定制的夹具中，然后把两片3mm石墨毡和聚乙烯改性塑料复合板，放置于定制的模具中，加热到100℃的温度，从上下两个方向以50mpa的压力合模，保持30min，使上下两片石墨毡粘接到复合板的两侧，得到最终的一体化双极板。

实施例2：

一种全钒液流电池用复合双极板，由以下方法制备得到：

（1）将聚碳酸酯改性塑料和1mm的石墨毡按一定的重量比80%：20%进行配置，并且将聚碳酸酯改性塑料制成2mm的平板，置于上下两层石墨毡之间；

（2）将步骤（1）中得到的两层石墨毡之间夹聚碳酸酯改性塑料板以5m/h的速度通过加热到150℃的双轧辊，得到一块复合导电塑料板；；

（3）将8mm的钒电池用石墨毡放在98%的浓硫酸中处理4h后用去离子水洗净，然后放到马弗炉中，在温度为240℃下烘烤5h后取出待用；

（4）将聚碳酸酯改性塑料复合板放置于定制的夹具中，然后把两片8mm石墨毡和聚碳酸酯改性塑料复合板，放置于定制的模具中，加热到120℃的温度，从上下两个方向以40mpa的压力合模，保持20min，使上下两片石墨毡粘接到复合板的两侧，得到最终的一体化双极板。

实施例3：

一种全钒液流电池用复合双极板，由以下方法制备得到：

（1）将聚苯胺改性塑料和1mm的碳纤维纸按一定的重量比90%：10%进行配置，并且将聚苯胺改性塑料制成2mm的平板，置于上下两层碳纤维纸之间；

（2）将步骤（1）中得到的两层碳纤维纸之间夹聚苯胺改性塑料板以10m/h的速度通过加热到180℃的双轧辊，得到一块复合导电塑料板；；

（3）将6mm的钒电池用石墨毡放在80%的浓硫酸中处理6h后用去离子水洗净，然后放到马弗炉中，在温度为300℃下烘烤4h后取出待用；

（4）将聚苯胺改性塑料复合板放置于定制的夹具中，然后把两片6mm石墨毡和聚苯胺改性塑料复合板，放置于定制的模具中，加热到150℃的温度，从上下两个方向以30mpa的压力合模，保持10min，使上下两片石墨毡粘接到复合板的两侧，得到最终的一体化双极板。

本发明提供的全钒液流电池用双极板的制做方法，采用高分子聚合物材料和多孔结构碳素/金属基材，通过热轧辊挤出的方法制得的复合双极板具有低电阻率、高导电特性的复合材料，经检测体积电阻率在1.0ωcm以下。它既有高分子材料耐腐蚀性和耐久性的特性，在制备过程中又具有成本低，易成型的特性，用本发明装配的5kw全钒液流电池电堆在40ma/cm²电流密下，充放电性能为电流效率90%，电压效率在80%，能量效率80%，电解液利用率85%。与现有技术相比，本发明提供的全钒液流电池用复合双极板的制备方法，用导电多孔材料为基体，形成导电网络，通过浸渍模压的方法制作成一体化双极板，从而减小了石墨毡/碳毡与导电板之间的接触电阻，以满足全钒液流电池用双极板的要求。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。