一种锌溴液流电池用高维网络结构双极板及其制备方法与流程

本申请涉及液流电池领域，尤其涉及一种锌溴液流电池用高维网络结构双极板及其制备方法。

背景技术：

1、目前化石能源的消耗，造成的环境、气候问题日益凸显，随之而来的是风能、太阳能、潮汐能、地热能等可再生能源不断进入人们的视野之内，并且可再生能源所带来的电正不断被国家电网所吸纳，但是可再生能源发电电压不稳、能源供应间断，不可控因素多，解决此类问题则需要给其配备储能电池。液流电池因其成本低、储能效果好、使用安全、污染低等优势逐渐成为研究热点。

2、双极板是液流电池的重要组件，其长期在液体环境下工作，容易因聚合物树脂溶胀而造成双极板与电极、碳毡间的脱裂，影响液流电池性能以及使用寿命。工业上通常在双极板中添加碳纤维、碳纳米管来控制产品的收缩率与提升双极板导电性，但此方法成本较高，且会带来双极板韧性较差的问题。

3、公开号为cn108129747b的专利，公开了一种复合双极板的制备方法，通过添加的增韧剂来解决双极板韧性不足的问题，从其给出的数据可以明显发现，双极板的电导率随着增韧剂用量的增加而有所降低，且因增韧剂的使用，双极板在拉伸强度方面出现不可避免的降低。

4、公开号为cn112490460a的专利，公开了一种复合双极板的制备方法，通过添加碳纤维组分将双极板注塑成型，能够提升双极板的导电性能，但是碳纤维组分的加入，使得双极板材料在受力时，在碳纤维处产生应力集中，且由于碳纤维表面惰性与树脂基体间的界面结合能力差，导致双极板的韧性有所下降；且碳纤维价格较高，产品生产制造成本上升。

5、公开号为cn104592620b的专利，公开了一种导电塑料母粒的制备方式，该发明通过使塑料发泡的方式，减少导电填料的分布区域，促进塑料粒子内导电网络结构的形成，提升导电性能。但是此发明增加了塑料粒子物理发泡以及塑料粒子发泡后的挤出排气两道工序，大大增加了工业化生产难度以及生产成本。

技术实现思路

1、本申请的一个目的在于提供一种具有良好机械性能和抗溶胀性能的锌溴液流电池用高维网络结构双极板。

2、本申请的另一个目的在于提供一种成本低廉且适于大规模生产的锌溴液流电池用高维网络结构双极板的制备方法。

3、为达到以上目的，本申请提供一种锌溴液流电池用高维网络结构双极板的制备方法，包括以下步骤：

4、s100，混合导电填料与自由基引发剂，得到导电填料混合物；

5、s200，混合聚乙烯颗粒料与反应促进剂，得到聚乙烯混合物；

6、s300，将所述导电填料混合物、所述聚乙烯混合物以及抗氧剂混合挤出造粒得到导电塑料母粒；

7、s400，将所述导电塑料母粒与聚乙烯颗粒料熔融共混，挤出压延成型得到双极板。

8、进一步地，所述导电填料选自石墨微粉、导电炭黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯中的一种或多种。

9、进一步地，所述导电填料为石墨微粉，其粒径为1-100μm。

10、进一步地，所述自由基引发剂为有机过氧化物。

11、进一步地，所述反应促进剂选自金属氧化物、硫磺、丙烯酸酯基类单体、烯丙基类单体。

12、进一步地，步骤s100中，所述导电填料与所述自由基引发剂的质量比为(10～20):1。

13、进一步地，步骤s200中，所述聚乙烯颗粒料与所述反应促进剂的质量比为(10～30):1。

14、进一步地，步骤s300中，所述导电填料混合物与所述聚乙烯混合物的质量比为(1～2):1。

15、进一步地，步骤s400中，制得的所述双极板中所述导电填料的质量分数为30％～60％。

16、进一步地，所述聚乙烯颗粒料选自低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线性聚乙烯、接枝聚乙烯中的一种或多种的混合，所述聚乙烯颗粒料的熔融指数为0.05～30。

17、进一步地，步骤s300中，抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1098、抗氧剂1076、抗氧剂3114、抗氧剂168中的一种或多种的混合。

18、进一步地，步骤s100中以及步骤s200中，均采用高速混合机进行混合，转速为800～3000r/min，混合时间为1～20min。

19、进一步地，步骤s300中，挤出机温度为110℃～260℃，挤出机转速为5～50r/min。

20、进一步地，步骤s400中，挤出机温度为110℃～260℃，挤出机转速为5～50r/min，压延辊温度为80～260℃。

21、本申请还提供一种锌溴液流电池用高维网络结构双极板，包括具有立体网络结构的聚乙烯以及分散在所述聚乙烯中的导电填料。

22、进一步地，所述双极板中所述导电填料的质量分数为30％～60％，所述导电填料为粒径1-100μm的石墨微粉。

23、与现有技术相比，本申请的有益效果在于：本申请采用聚乙烯作为制作双极板的基材，有利于实现连续化生产，提高生产效率；此外，将导电填料和聚乙烯分别与自由基引发剂和反应促进剂混合后，再通过熔融挤出得到具有三维网络结构的导电塑料母粒，由于三维网状结构的形成，聚合物分子链的移动受阻，聚合物结晶度下降，此时聚合物内部非晶区域增加，使得导电塑料母粒中导电填料分布区域变广，有利于提升导电塑料母粒中导电填料的分散性；三维网络结构的形成使得双极板能够更好地吸收外来冲击力，提升双极板的拉伸强度与冲击强度，能够有效解决双极板组装困难的问题；此外，三维网状结构的形成，也使得聚合物内部分子链间的束缚增强，在液流电池水系环境下水分子进入聚合物内部，将三维网状结构的大分子拆散变得困难，降低聚合物的溶胀，提升双极板产品的尺寸稳定性，有效解决双极板因长期处于液体环境中工作产生溶胀导致双极板与电极、碳毡间的脱裂问题，保证了液流电池的稳定性。

技术特征：

1.一种锌溴液流电池用高维网络结构双极板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述导电填料选自石墨微粉、导电炭黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯中的一种或多种。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述导电填料为粒径1-100μm的石墨微粉。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述自由基引发剂为有机过氧化物，所述反应促进剂选自金属氧化物、硫磺、丙烯酸酯基类促进剂或烯丙基类促进剂。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s100中，所述导电填料与所述自由基引发剂的质量比为(10～20):1；

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯颗粒料选自低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线性聚乙烯、接枝聚乙烯中的一种或多种的混合，所述聚乙烯颗粒料的熔融指数为0.05～30。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s100中以及步骤s200中，均采用高速混合机进行混合，转速为800～3000r/min，混合时间为1～20min；

8.一种锌溴液流电池用高维网络结构双极板，其特征在于，包括具有立体网络结构的聚乙烯以及分散在所述聚乙烯中的导电填料。

9.如权利要求8所述的双极板，其特征在于，采用权利要求1-7任一所述的方法制备得到。

10.如权利要求8所述的双极板，其特征在于，所述导电填料的质量分数为30％～60％，所述导电填料为粒径1-100μm的石墨微粉。

技术总结
本申请公开了一种锌溴液流电池用高维网络结构双极板及其制备方法。该制备方法包括以下步骤：S100，混合导电填料与自由基引发剂，得到导电填料混合物；S200，混合聚乙烯颗粒料与反应促进剂，得到聚乙烯混合物；S300，将所述导电填料混合物、所述聚乙烯混合物以及抗氧剂混合挤出造粒得到导电塑料母粒；S400，将所述导电塑料母粒与聚乙烯颗粒料熔融共混，挤出压延成型得到双极板。本申请提供的双极板可以有效解决双极板因长期处于液体环境中工作产生溶胀导致双极板与电极、碳毡间的脱裂问题，保证了液流电池的稳定性，且因立体三维网络结构的形成，在受到外来冲击时，能够有效对冲击能量进行吸收，提高双极板韧性，解决双极板组装困难问题。

技术研发人员：纪永春,汪洋,肖燕翔,黄靖云,叶志镇
受保护的技术使用者：温州锌时代能源有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12