专利名称：全钒氧化还原液流电池用集流板的制作方法
技术领域：
本发明属于全钒氧化还原液流电池用集流板制造技术领域。
背景技术：
太阳能和风能大量开发利用是能源发展必由之路，而这些能源都有不稳定的特 性，在利用这些能源发电时，需要配以相应的电能储存装置，全钒氧化还原液流电池具有首 选的优越条件。而钒电池做为储能设备若要广泛地运用于风能和太阳能发电系统中，或者 运用于电网的调峰中去，必须实现大规模生产，单台电池的功率也要大，单台钒电池的功率 要达到百千瓦级乃至兆瓦级以上，否则，在较大规模的风能和太阳能发电系统中，用了很多 台数的钒电池，那是很繁杂的事情，而要实现大规模以及大功率钒电池的生产，那么构成钒 电池的各个组件材料必定要大规模生产，单体材料也要大。 集流板是构成钒电池的重要组成部分，它应具有良好的导电性，较高的抗拉强度， 优良的耐电化学侵蚀性能，又能实现大批量和大面积生产。集流板组装到钒电池中，它要能 经受较强的振动，如地震和爆炸等振动，要能经受运输的颠波，要能经受住电解液泵的起动 和停止时的流体力学冲击。 目前，在国内外的文献报导中，钒电池使用的集流板，多为石墨和导电塑料材料， 其中石墨板材虽然导电性能优良，但其机械强度小，而大面积板材又难以制做。导电塑料的 导电性能仍不理想，体积电阻率在1X10—^5X10—工Q cm，还是有些大，影响钒电池的效率 更好的发挥。而当导电塑料薄板面积较大时，如lm2数量级乃至10m2数量级时，组装在钒电 池中，在振动、颠波和流体冲击下，其强度显得很不够，并且其模量较低，受力拉伸变形较大 也是一个问题。况且，当钒电池的使用寿命达到20年时，由于塑料的老化，强度会进一步降 低。所以说导电塑料集流板不能满足对钒电池的高效率，大功率和长寿命的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供导电性能好、机械强度高、寿命长而且可以大批量大面积
生产的钒电池用集流板，即由碳纤维布和导电塑料复合而成的集流板。 本发明的技术方案 本发明是采用抗拉强度大、导电性能好并且有均布孔的碳纤维布和有较低体积电 阻率的导电塑料复合而成集流板。复合方法是采用挤出法或热压地。
1.本发明采用的碳纤维布 (1)碳纤维布所用的碳纤维的抗拉强度^ 2. 5Gpa ;
(2)碳纤维布所用的碳纤维的拉伸模量^ 220Gpa ;
(3)碳纤维布所用的碳纤维的体积电阻率《2X10—3Q cm ; (4)碳纤维布的编织技术要求碳纤维布所用的碳纤维束为扁平截面，束宽为 l-5mm，束厚为0. 1-0. 3mm，编织成有均布孔的碳纤维布，单个孔的面积为0. 09_lmm2。均布 孔的面积占碳纤维布面积的1% _5%。
2.本发明采用的导电塑料 导电塑料是由热塑性聚合物加石墨粉和短碳纤维组成。制成的导电塑料体积电阻 率《5X10—^ cm。 3.本发明碳纤维布与导电塑料复合而成的集流板其中碳纤维布可以选取1-3 层；导电塑料要充满碳纤维布的均布孔中，集流板的两面要有厚度为0. 0-0. 3mm的导电塑 料层；若采用2层或3层碳纤维布时，碳纤维布之间的导电塑料层厚度为0. 0-0. 2mm。
本发明的优点 1.本发明制得的集流板具有优良的导电性能，其体积电阻率在 1X10—^2X10—3Q cm之间。 2.本发明制得的集流板具有优良的机械性能，其抗拉强度^ 0. 8GPa，并且具有很
强的拉伸抗应变性能，模量^60Gpa。用作大功率的钒电池集流板，具有优良的抗振动、抗颠
波以及抗冲击性能，比单纯的导电塑料具有更强的抗老化和抗疲劳性能。 3.由于采用了碳纤维布、高分子聚合物、石墨和短碳纤维材料，本发明制得的集流
板具有优良的抗蚀性能。 4.本发明采用碳纤维布和导电塑料制成复合材料集流板，复合方法可以采用塑料 工艺中的挤出成型或热压成型来实现，所以可以实现工业化大规模和大面积生产，特别是 采用挤出法，制得的集流板宽度可达1米以上，而长度可以任意长。
图1为碳纤维布结构平面图。碳纤维布是由经向碳纤维(1)和纬向碳纤维(2)均 匀相间编织而成的，并且均匀分布有孔(3)。 图2为单层碳纤维布与导电塑料(4)复合而成的集流板垂直于平面的剖面图。碳 纤维是由经向碳纤维(1)和纬向碳纤维(2)均匀相间编织而成。导电塑料(4)填充到碳纤 维布的匀布孔(3)中并且包覆在碳纤维布的两面，两面的导电塑料(4)层厚度为(5)。
图3为双层碳纤维布与导电塑料(4)复合而成的集流板垂直于平面的剖面图。碳 纤维布是由经向碳纤维(1)和纬向碳纤维(2)均匀相间编织而成。导电塑料(4)填充到 碳纤维布的匀布孔(3)中并且包覆在碳纤维布的两面，集流板两面导电塑料(4)的厚度为 (5);在两层碳纤维布之间的导电塑料(4)层厚度为(6)。
具体实施方式
实施例1 单层碳纤维布与导电塑料(4)复合制成的集流板。见图1和图2，所采用的碳纤维 布的经向碳纤维束(1)和纬向碳纤维束(2)的宽度均为2. 8mm，厚度均为0. 25mm ;经向碳纤 维束(1)和讳向碳纤维束(2)的抗拉强度^ 2. 5Gpa，其拉伸模量^ 220Gpa ;碳纤维布均布 孔(3)的面积均为0.25mm2。所采用的导电塑料(4)的体积电阻率为2X 10—1 Q cm。集流 板两面的导电塑料(4)层厚度(5)为O. lmm。在上述条件下所制得的碳纤维布与导电塑料 (4)复合集流板的平面垂直方向的体积电阻率为6X10—2-7X10—2Q *Cm。平面方向的抗拉 强度> 0. 8Gpa ;平面方向的拉伸模量^ 60Gpa。
实施例2
单层碳纤维布与导电塑料(4)复合制成的集流板。见图1和图2，所采用的碳纤维 布的经向碳纤维束(1)和纬向碳纤维束(2)的宽度均为2. 8mm，厚度均为0. 25mm ;经向碳纤 维束(1)和讳向碳纤维束(2)的抗拉强度^ 2. 5Gpa，其拉伸模量^ 220Gpa ;碳纤维布均布 孔的面积均为0.25mm2。所采用的导电塑料(4)的体积电阻率为1X10—工Q cm。集流板两 面的导电塑料(4)层厚度(5)为0. lmm。在上述条件下所制得的碳纤维布与导电塑料(4) 复合集流板，其平面垂直方向的体积电阻率为3X10—2-4X10—2Q ，cm。平面方向的抗拉强 度> 0. 8Gpa。平面方向的拉伸模量^ 60Gpa。
实施例3 双层碳纤维布与导电塑料(4)复合制成的集流板。见图1和图3，所采用的碳纤 维布的经向碳纤维束(1)和纬向碳纤维束(2)的宽度均为2. 8mm，厚度为0. 25mm ;经向碳纤 维束(1)和讳向碳纤维束(2)的抗拉强度^ 2. 5Gpa，其拉伸模量^ 220Gpa ;碳纤维布均布 孔(3)的面积均为0.25mm2。所采用的导电塑料(4)的体积电阻率为2X 10—1 Q cm。集流 板两面的导电塑料(4)层厚度(5)为0. lmm ;两层碳纤维布之间的导电塑料(4)层厚度(6) 为0.2mm。在上述条件下所制得的碳纤维布与导电塑料(4)复合集流板，其平面垂直方向 的电阻率为6X10—2-7X10—2 Q ，cm。平面方向的抗拉强度^ 0. 8Gpa。平面方向的拉伸模量 > 60Gpa。
实施例4 双层碳纤维布与导电塑料(4)复合制成的集流板。见图1和图3，所采用的碳纤 维布的经向碳纤维束(1)和纬向碳纤维束(2)的宽度均为2. 8mm，厚度均为0. 25mm ;经向碳 纤维束(1)和讳向碳纤维束(2)的抗拉强度^ 2. 5Gpa，其拉伸模量^ 220Gpa ;碳纤维布均 布孔(3)的面积均为0.25mm2。所采用的导电塑料(4)的体积电阻率为2X 10—1 Q cm。集 流板两面的导电塑料(4)层厚度(5)为O.Omm;两层碳纤维布之间的导电塑料(4)层厚度 (6)为O. 2mm。在上述条件下所制得的碳纤维布与导电塑料(4)复合集流板，其平面垂直方 向的电阻率为3X10—2-4X10—2Q *Cm。平面方向的抗拉强度^ 0. 8Gpa。平面方向的拉伸模 量> 60Gpa。
实施例5 双层碳纤维布与导电塑料(4)复合制成的集流板。见图1和图3，所采用的碳纤 维布的经向碳纤维束(1)和纬向碳纤维束(2)的宽度均为2. 8mm，厚度均为0. 25mm ;经向碳 纤维束(1)和讳向碳纤维束(2)的抗拉强度^ 2. 5Gpa，其拉伸模量^ 220Gpa ;碳纤维布均 布孔(3)的面积均为0.25mm2。所采用的导电塑料(4)的体积电阻率为2X 10—1 Q cm。集 流板两面的导电塑料(4)层厚度(5)为O.Omm;两层碳纤维布之间的导电塑料(4)层厚度 (6)为O. lmm。在上述条件下所制得的碳纤维布与导电塑料(4)复合集流板，其平面垂直方 向的电阻率为1. 5X10—2-2. 5X10—2Q *cm。平面方向的抗拉强度X). 8Gpa。平面方向的 拉伸模量^ 60Gpa。
权利要求
全钒氧化还原液流电池用集流板，其特征在于采用碳纤维布和导电塑料(4)复合而成集流板。
2. 根据权利要求1所述的全钒氧化还原液流电池用集流板，其特征在于碳纤维布所用的经向碳纤维束(1)和纬向碳纤维束(2)的抗拉强度^ 2. 5Gpa ;碳纤维布所用的经向碳 纤维束(1)和纬向碳纤维束(2)的拉伸模量^ 220Gpa;碳纤维布所用的经向碳纤维束(1) 和纬向碳纤维束(2)的体积电阻率《2X10—3。
3. 根据权利要求1所述的全钒氧化还原液流电池用集流板，其特征在于碳纤维 布所用的经向碳纤维束(1)和纬向碳纤维束(2)均为扁平截面，束宽为l-5mm，束厚为 0. 1-0. 3mm，由经向碳纤维束(1)和纬向碳纤维束(2)编织成有均匀分布孔(3)的碳纤维 布，单个孔(3)的面积为0.09-lmm2，均布孔(3)的面积之和占碳纤维布面积的1% _5%。
4. 根据权利要求l所述的全钒氧化还原液流电池用集流板，其特征在于导电塑 料(4)是由热塑性聚合物加石墨粉和短碳纤维组成，制成的导电塑料(4)的体积电阻率 《5X10—^ cm。
5. 根据权利要求1所述的全钒氧化还原液流电池用集流板，其特征在于碳纤维布可 以为1-3层；集流板两面的导电塑料(4)层厚度(5)为0. 0-0. 3mm ;若采用2层或3层碳纤 维布，碳纤维布之间的导电塑料(4)层的厚度(6)为0. 0-0. 2mm。
全文摘要
全钒氧化还原液流电池用集流板属于液流电池集流板制造技术领域，其特征是采用碳纤维布与导电塑料(4)复合制成。所采用的碳纤维布的经向碳纤维束(1)和纬向碳纤维束(2)的体积电阻率≤2×10-3Ω·cm，抗拉强度≥2.5Gpa，拉伸模量≥220Gpa；碳纤维布有均匀分布孔(3)，所采用的导电塑料(4)的体积电阻率≤5×10-1Ω·cm；碳纤维布可以为1-3层。本发明可实现大面积和大规模生产，所制造的集流板具有优良的导电性能、力学性能以及抗蚀性能，克服了以往液流电池用集流板导电性能差和机械强度低的缺点。
文档编号H01M4/86GK101740782SQ20101000092
公开日2010年6月16日 申请日期2010年1月20日 优先权日2010年1月20日
发明者綦明刚 申请人:襄樊大力电工有限公司