复合材料及其制备方法、双极板、液流电池与流程

本发明涉及液流电池，具体涉及一种用复合材料的制备方法、一种由该方法制得的复合材料、一种含有该复合材料的双极板、一种含有双极板的液流电池。

背景技术：

1、液流电池是一类电化学储能技术，一般利用充放电过程中正极和负极液相中活性物质价态的变化实现能量的储存和释放。目前已经开发成功的包括全钒液流电池、铁铬液流电池和锌溴液流电池等技术。液流电池具有独立的能量单元和功率单元，能量单元一般指电池的正极和负极电解液，电解液中活性物质的浓度和体积决定了液流电池的能量上限，功率单元一般指单电池或者电池堆，电解液流过电池堆内的电极，活性物质在电极表面发生反应，从而将化学能转化为电能，或者将电能转化为化学能。

2、液流电池的电堆主要由电极、隔膜、双极板、集流体等构成，其中双极板是液流电池的关键部件之一，起到连接不同单电池的正负极并导通电池内电路的作用，应具有良好的导电性、机械强度、耐化学氧化和电化学腐蚀的性能。根据组成材料分类，包括金属双极板、石墨双极板以及复合材料双极板等。然而在液流电池实际运行环境中，金属双极板在强酸性或强碱性体系中会不可避免的发生电化学腐蚀，从而无法满足电池的运行要求。石墨双极板具有高导电性、低密度以及较好的耐腐蚀性等优势，然而其机械强度不足，在加工过程中易发生脆性断裂等问题。复合双极板兼具石墨材料高导电性和高分子材料高韧性的优点，得到了广泛的应用。此外，双极板结构优化对液流电池性能有重要的意义，但这方面的报道相对较少，尤其是进出液口的设置方式及数量对电池性能有明显的影响。

3、如何高效优化双极板结构设计，使流道内各部分的电解液分布均匀，提高液流电池的性能，是该技术实现进一步商业化亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术双极板存在无法兼具高机械强度和高阻气性，流道内电解液分布不均匀，以及液流电池的性能低等问题，提供一种复合材料的制备方法、一种由该方法制得的复合材料、一种含有该复合材料的双极板、一种含有该双极板的液流电池，本发明提供的方法制得的复合材料兼具高机械强度和低氢气透过率；将该复合材料用于双极板，并结合特定的双极板结构设置，得到由该双极板组装的液流电池具有优异的电化学性能；同时，该方法工艺简单、成本低和环境友好等优点。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种复合材料的制备方法，该方法包括：将含树脂-i、树脂-ii、导电剂、改性剂和分散剂的浆料进行挤出成型，得到复合材料；

3、其中，所述浆料中，所述树脂-i、树脂-ii、导电剂和改性剂的重量比为1-10：10-40：50-70：5-15；

4、其中，以ml计的所述分散剂和以g计的所述树脂-i、树脂-ii、导电剂和改性剂的总用量的比值为300-1000：100；

5、其中，所述改性剂含有稠环芳烃混合物，且所述稠环芳烃混合物中稠环芳烃的碳原子数为c22-c24。

6、优选地，该方法包括以下步骤：

7、(1)将所述树脂-i、树脂-ii、导电剂、改性剂和分散剂进行混合，得到所述浆料；

8、(2)将所述浆料在双螺杆挤出机中进行所述挤出成型，得到所述复合材料。

9、优选地，所述稠环芳烃具有不取代和/或烷基取代的5个苯环的结构，优选为具有不取代和/或c1-c2烷基取代的5个苯环的结构；

10、优选地，所述稠环芳烃混合物由以下方法制得：将沥青和甲苯进行混合，得到的混合液进行萃取后，并将得到的萃取液进行蒸馏，得到所述稠环芳烃混合物。

11、本发明第二方面提供一种由第一方面提供的方法制得的复合材料。

12、本发明第三方面提供一种材质为第二方面提供的复合材料的双极板。

13、优选地，所述双极板设置有至少m个电解液进口部和至少n个电解液出口部，其中，m≥2的正整数，n≥1的正整数，且m-n＝1；其中，所述电解液进口部设置在沿所述双极板的一侧长度方向上，且所述电解液出口部设置在沿所述双极板的另一侧长度方向上；

14、其中，所述双极板的表面粗糙度ra为0.05-12.5μm，且所述双极板上不设置有电解液流道。

15、优选地，沿电解液的流动方向，所述电解液进口部依次分为第一直筒段和扩径段；所述电解液出口部依次分为缩径段和第二直筒段。

16、本发明第四方面提供一种含有第三方面提供的双极板的液流电池。

17、相比现有技术，本发明具有以下优势：

18、(1)本发明提供的方法，通过限定将含有树脂-i、树脂-ii、导电剂、改性剂和分散剂的浆料通过挤出成型，再结合各组分的含量比，以及特定的改性剂，得到兼具高弯曲强度和低氢气透过率的复合材料，尤其是限定各组分的含量比、混合的条件和挤出成型的条件在优选的条件范围内，更有利于提高复合材料的综合性能；同时，该方法具有工艺流程简单、成本低和绿色环保等优点；

19、(2)将本发明提供的复合材料用于双极板，使得双极板兼具高机械强度和低氢气透过率，尤其是再结合特定的双极板结构设置，即，特定数量和特定结构设置的电解液进口部和电解液出口部、特定表面粗糙度，更有利于提高双极板的性能；

20、(3)将本发明提供的双极板用于液流电池，能够有效提高液流电池的库伦效率、电压效率和能量效率。

技术特征：

1.一种复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括：将含树脂-i、树脂-ii、导电剂、改性剂和分散剂的浆料进行挤出成型，得到复合材料；

2.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的方法，其中，步骤(1)中，所述混合的条件包括：温度为15-40℃，优选为20-30℃；转速为100-1000rpm，优选为300-800rpm；时间为1-15h，优选为3-8h；

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，所述树脂-i为abs树脂，且所述树脂-i中的来自丁二烯的结构单元含量为10-30wt％；

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中，所述稠环芳烃具有不取代和/或烷基取代的5个苯环的结构，优选为具有不取代和/或c1-c2烷基取代的5个苯环的结构；

6.一种权利要求1-5中任意一项所述的方法制得的复合材料；

7.一种双极板，其特征在于，所述双极板的材质为权利要求6所述的复合材料。

8.根据权利要求7所述的双极板，其中，所述双极板设置有至少m个电解液进口部和至少n个电解液出口部，其中，m≥2的正整数，n≥1的正整数，且m-n＝1；其中，所述电解液进口部设置在沿所述双极板的一侧长度方向上，且所述电解液出口部设置在沿所述双极板的另一侧长度方向上；

9.根据权利要求8所述的双极板，其中，所述电解液进口部的数量m为2-6个，所述电解液出口部的数量n为1-5个；

10.一种液流电池，其特征在于，所述液流电池含有权利要求7-9中任意一项所述的双极板。

技术总结
本发明涉及液流电池技术领域，具体涉及一种复合材料及其制备方法、一种双极板、一种液流电池。该方法包括：将含树脂‑I、树脂‑II、导电剂、改性剂和分散剂的浆料进行挤出成型，得到复合材料；其中，所述浆料中，所述树脂‑I、树脂‑II、导电剂和改性剂的重量比为1‑10：10‑40：50‑70：5‑15；以mL计的所述分散剂和以g计的所述树脂‑I、树脂‑II、导电剂和改性剂的总用量的比值为300‑1000：100；所述改性剂含有稠环芳烃混合物，且所述稠环芳烃混合物中稠环芳烃的碳原子数为C<subgt;22</subgt;‑C<subgt;24</subgt;。该方法得到兼具高弯曲强度和低氢气透过率的复合材料；同时，将含有该复合材料的液流电池具有较高的效率。

技术研发人员：杨虹,刘庆华,阳雪,缪平,黄群健,贾志军,王绍亮
受保护的技术使用者：国家能源投资集团有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15