双极板及其制备方法与流程

本发明主要涉及液流电池，尤其涉及一种双极板及其制备方法。

背景技术：

1、液流电池是一种新型的蓄电池，其是利用正负极电解液分开，各自循环的一种高性能蓄电池，具有容量高、使用领域广、循环使用寿命长等特点，是目前的一种新能源产品。液流电池主要由电堆单元、电解液、电解液存储供给单元以及管理控制单元等部分构成。其中电堆由多个单体电池以串联方式层叠组合构成，而单体电池又主要包括双极板与膜电极。

2、液流电池系统非常适合大规模长时储能。电堆作为液流电池系统的功率单元，其内部的电极、双极板和离子膜对电堆的能量转换效率至关重要。液流电池充放电时，电解液进入电堆并在电极表面发生氧化还原反应，反应中产生的电子从电极经双极板传导至外电路，氢离子通过离子膜在正负极间迁移使两侧电子保持平衡。目前，液流电池电堆中电极依靠物理压力与双极板接触，两者之间存在较大的接触电阻，造成电堆内阻过大，使电堆能量转换效率偏低。同时，电极与离子膜直接接触，两者之间的压力常导致离子膜被电极中的碳纤维刺穿，造成电堆内漏。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种双极板及其制备方法，双极板和电极一体化，避免了电极和双极板之间接触电阻引起电堆充放电效率降低，同时，双极板表面无碳纤维，不会刺穿离子膜。

2、为解决上述技术问题，第一方面，本发明提供了一种双极板制备方法，包括：均匀混合石墨粉和高分子树脂粉，制成第一混合料，其中所述石墨粉和所述高分子树脂粉的粒径为第一粒径；截取多孔结构的泡沫金属，并将所述第一混合料注入所述泡沫金属的空隙中，形成金属结构物；均匀混合石墨粉和高分子树脂粉，制成第二混合料，其中所述石墨粉和所述高分子树脂粉的粒径为第二粒径；依次平铺一层所述金属结构物、一层所述第二混合料和另一层所述金属结构物，并在平铺后进行热压，形成三层结构的第一板材；使用腐蚀性溶液去除所述第一板材中所述泡沫金属，得到第二板材；将所述第二板材浸入溶有高锰酸钾的浓硫酸溶液中抽真空浸渍和加热，之后清洗得到第三板材，所述第三板材从上到下依次为上层、中层和下层；将所述第三板材上层或下层放入金属盐的溶液中抽真空浸渍，再将该层放入所述金属盐的电镀池内进行电沉积，之后清洗得到所述双极板。

3、可选地，所述石墨粉包括以下一种或多种：膨胀石墨粉和鳞片石墨粉；所述高分子树脂粉包括以下一种或多种：聚丙烯腈粉、聚四氟乙烯粉、聚乙烯粉和环氧树脂粉。

4、可选地，在均匀混合石墨粉和高分子树脂粉，制成第一混合料步骤中，所述石墨粉和所述高分子树脂粉的质量比范围为1:1~10:1，所述第一粒径为50微米~150微米。

5、可选地，所述泡沫金属为泡沫镍、泡沫铜、泡沫铝、泡沫铁或泡沫铁镍。

6、可选地，在依次平铺一层所述金属结构物、一层所述第二混合料和另一层所述金属结构物步骤中，每层所述金属结构物的厚度在2毫米~10毫米之间。

7、可选地，在均匀混合石墨粉和高分子树脂粉，制成第二混合料步骤中，所述石墨粉和所述高分子树脂粉的质量比范围为1:10~10:1，所述第二粒径为200微米~500微米。

8、可选地，在依次平铺一层所述金属结构物、一层所述第二混合料和另一层所述金属结构物步骤中，所述第二混合料的厚度小于上下两层所述金属结构物的厚度之和。

9、可选地，在热压过程中，热压温度为100℃~220℃，热压时间为5分钟~60分钟。

10、可选地，所述腐蚀性溶液包括以下一种或多种：盐酸溶液、硫酸溶液、硝酸溶液、氯化铁溶液和过硫酸盐溶液。

11、可选地，所述金属盐包括以下一种或多种：硝酸铋、氯化铋和柠檬酸铋。

12、可选地，所述抽真空浸渍和加热的时间为0.1小时~5小时，所述电沉积的电位为0.5v~2v，所述电沉积的时间为0.1分钟~5分钟。

13、第二方面，本发明提供了一种双极板，采用如第一方面所述方法制备，包括：依次为石墨树脂复合多孔氧化层、混合层和石墨树脂复合金属多孔层的叠层结构；其中所述石墨树脂复合多孔氧化层是由石墨粉和高分子树脂粉复合制成，且复合物内部为多孔结构，其中所述石墨粉和所述高分子树脂粉的粒径为第一粒径；所述混合层是由石墨粉和高分子树脂粉复合制成，其中所述石墨粉和所述高分子树脂粉的粒径为第二粒径；所述石墨树脂复合金属多孔层是由石墨粉和高分子树脂粉复合制成，且复合物内部为多孔结构，孔中沉积有金属活性位点，其中所述石墨粉和所述高分子树脂粉的粒径为第一粒径。

14、可选地，所述石墨粉包括以下一种或多种：膨胀石墨粉和鳞片石墨粉；所述高分子树脂粉包括以下一种或多种：聚丙烯腈粉、聚四氟乙烯粉、聚乙烯粉和环氧树脂粉。

15、可选地，在制成所述石墨树脂复合多孔氧化层和所述石墨树脂复合金属多孔层时，所述石墨粉和所述高分子树脂粉的质量比范围为1:1~10:1，所述第一粒径为50微米~150微米。

16、可选地，在制成所述混合层时，所述石墨粉和所述高分子树脂粉的质量比范围为1:1~10:1，所述第二粒径为200微米~500微米。

17、可选地，所述混合层的厚度小于所述石墨树脂复合多孔氧化层和所述石墨树脂复合金属多孔层的厚度之和。

18、可选地，所述石墨树脂复合多孔氧化层和所述石墨树脂复合金属多孔层的厚度相等。

19、可选地，所述石墨树脂复合金属多孔层中的金属为铋。

20、与现有技术相比，本发明具有以下优点：双极板和电极结构一体化，避免了电极和双极板之间接触电阻引起电堆充放电效率降低，同时，双极板表面无碳纤维，不会刺穿离子膜。

技术特征：

1.一种双极板制备方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的双极板制备方法，其特征在于，所述石墨粉包括以下一种或多种：膨胀石墨粉和鳞片石墨粉；所述高分子树脂粉包括以下一种或多种：聚丙烯腈粉、聚四氟乙烯粉、聚乙烯粉和环氧树脂粉。

3.如权利要求1所述的双极板制备方法，其特征在于，在均匀混合石墨粉和高分子树脂粉，制成第一混合料步骤中，所述石墨粉和所述高分子树脂粉的质量比范围为1:1~10:1，所述第一粒径为50微米~150微米。

4.如权利要求1所述的双极板制备方法，其特征在于，所述泡沫金属为泡沫镍、泡沫铜、泡沫铝、泡沫铁或泡沫铁镍。

5.如权利要求1所述的双极板制备方法，其特征在于，在依次平铺一层所述金属结构物、一层所述第二混合料和另一层所述金属结构物步骤中，每层所述金属结构物的厚度在2毫米~10毫米之间。

6.如权利要求1所述的双极板制备方法，其特征在于，在均匀混合石墨粉和高分子树脂粉，制成第二混合料步骤中，所述石墨粉和所述高分子树脂粉的质量比范围为1:1~10:1，所述第二粒径为200微米~500微米。

7.如权利要求1所述的双极板制备方法，其特征在于，在依次平铺一层所述金属结构物、一层所述第二混合料和另一层所述金属结构物步骤中，所述第二混合料的厚度小于上下两层所述金属结构物的厚度之和。

8.如权利要求1所述的双极板制备方法，其特征在于，在热压过程中，热压温度为100℃~220℃，热压时间为5分钟~60分钟。

9.如权利要求1所述的双极板制备方法，其特征在于，所述腐蚀性溶液包括以下一种或多种：盐酸溶液、硫酸溶液、硝酸溶液、氯化铁溶液和过硫酸盐溶液。

10.如权利要求1所述的双极板制备方法，其特征在于，所述金属盐包括以下一种或多种：硝酸铋、氯化铋和柠檬酸铋。

11.如权利要求1所述的双极板制备方法，其特征在于，所述抽真空浸渍和加热的时间为0.1小时~5小时，所述电沉积的电位为0.5v~2v，所述电沉积的时间为0.1分钟~5分钟。

12.一种如权利要求1所述方法制备的双极板，其特征在于，包括：依次为石墨树脂复合多孔氧化层、混合层和石墨树脂复合金属多孔层的叠层结构；其中，

13.如权利要求12所述的双极板，其特征在于，所述石墨粉包括以下一种或多种：膨胀石墨粉和鳞片石墨粉；所述高分子树脂粉包括以下一种或多种：聚丙烯腈粉、聚四氟乙烯粉、聚乙烯粉和环氧树脂粉。

14.如权利要求12所述的双极板，其特征在于，在制成所述石墨树脂复合多孔氧化层和所述石墨树脂复合金属多孔层时，所述石墨粉和所述高分子树脂粉的质量比范围为1:1~10:1，所述第一粒径为50微米~150微米。

15.如权利要求12所述的双极板，其特征在于，在制成所述混合层时，所述石墨粉和所述高分子树脂粉的质量比范围为1:1~10:1，所述第二粒径为200微米~500微米。

16.如权利要求12所述的双极板，其特征在于，所述混合层的厚度小于所述石墨树脂复合多孔氧化层和所述石墨树脂复合金属多孔层的厚度之和。

17.如权利要求12所述的双极板，其特征在于，所述石墨树脂复合多孔氧化层和所述石墨树脂复合金属多孔层的厚度相等。

18.如权利要求12所述的双极板，其特征在于，所述石墨树脂复合金属多孔层中的金属为铋。

技术总结
本发明提供了一种双极板及其制备方法，方法包括：均匀混合石墨粉和高分子树脂粉，制成第一混合料；将第一混合料注入泡沫金属的空隙中，形成金属结构物；均匀混合石墨粉和高分子树脂粉，制成第二混合料；依次平铺一层金属结构物、一层第二混合料和另一层金属结构物，热压形成第一板材；去除第一板材中泡沫金属，得到第二板材；将第二板材浸入溶有高锰酸钾的浓硫酸溶液中抽真空浸渍和加热，清洗得到第三板材，从上到下依次为上层、中层和下层；将上层或下层放入金属盐的溶液中抽真空浸渍，再将该层放入金属盐的电镀池内进行电沉积，清洗得到双极板。本发明避免了电极和双极板间接触电阻引起充放电效率降低，双极板表面无碳纤维，不会刺穿离子膜。

技术研发人员：赵文斌,王果,方滔,姜宏东
受保护的技术使用者：寰泰储能科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6