[发明专利]一种液流电池的复合材料双极板及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于液流电池双极板制备技术领域，涉及一种液流电池的复合材料双极板及其制备方法。

背景技术

液流电池是一种新的高性能蓄电池，具有容量高、使用领域广、循环使用寿命长、规模化蓄电的特点，是目前的一种新能源产品。其中，全钒液流电池是一种新型蓄电储能设备，不仅可以用作太阳能、风能发电过程配套的储能装置，还可以用于电网调峰，提高电网稳定性，保障电网安全，可调整发电与供电之间的时差矛盾，减少自然条件影响， 保证可再生能源发电和供电的连续性和稳定性 。在全球环保意识逐渐增强和可持续发展思想的指导下，广泛利用可再生能源的呼声高涨，可以预见，液流电池将迎来一个快速发展的时期。但目前，液流电池普及应用的条件尚不具备，许多问题尚需进行深入的研究。

液流电池中的双极板是其关键部件之一，直接连接不同单电池的正负极半电池、导通电池内电路并同时阻止电解液渗透。这要求双极板必须具备良好的导电性、机械强度、耐化学腐蚀性能。目前可选择的材料主要包括金属双极板、纯石墨双极板以及聚合物复合材料双极板。但金属材料双极板价格和耐腐蚀性方面有问题，而纯石墨双极板加工和安装时容易断裂， 在大规模工业应用时受到限制。聚合物复合材料双极板以其良好的加工性能、机械强度和可调节性，近年来在研究领域中受到广泛关注。 

但绝大多数聚合物材料导电、导热性差。在已有的研究技术中主要采用大量添加石墨粉、炭黑、金属粉末或纤维等增加复合材料的电导率。填料填充量大，导电性能改善有限，且复合材料机械性能下降严重。

石墨烯是近年来发现的一种新型碳质材料，结构非常稳定，具有突出的电学性能、良好的热学性能和优异的力学性能，为聚合物复合材料双极板的研究提供了一个可行的方向。但因纯石墨烯在聚合物材料中分散性很差。目前，聚偏氟乙烯/石墨烯复合材料研究主要集中在溶液混合和原位聚合。而这些方法均需要使用大量溶剂，成本高，环境污染大，且制备方法复杂，在技术推广和工业应用方面受到了制约。

发明内容

本发明的一个目的是针对现有技术的不足，提供一种石墨烯基复合材料双极板。

一种液流电池的复合材料双极板为共混物，该共混物包括聚偏氟乙烯、石墨烯、增强剂、复合助剂；各原料在复合材料双极板中的重量百分含量为：聚偏氟乙烯45～95﹪、石墨烯4～50﹪、增强剂0.5～10﹪、复合助剂0.2～10﹪。

所述的聚偏氟乙烯作为热塑性树脂，简称PVDF。

所述的石墨烯的直径为2～15μm，厚度为＜40nm。

所述的增强剂为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米蒙脱土的一种或多种；

所述的复合助剂由分散剂、表面活性剂、相容剂的一种或多种组成；

所述的分散剂为硬脂酸酰胺、乙撑双硬脂酰胺、聚乙烯醇、芥酸酰胺、油酸酰胺的一种或多种；

所述的表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇醚硫酸钠、对苯乙烯磺酸钠的一种或多种。

所述的相容剂为硅烷偶联剂。

本发明的另一个目的是提供制备该液流电池的复合材料双极板的方法，采用机械混料和模压制备方法，不使用溶剂，可得到高电导率、良好导热性能和机械性能的复合材料双极板。

本发明方法具体是：

步骤(1).将石墨烯、增强剂、复合助剂一起加入到高速混合机中高速混合1～10min，充分混匀后，得到功能共混物；

步骤(2). 将聚偏氟乙烯树脂和步骤（1）所得功能共混物一起加入到高速混合机中高速混合1～20min，充分混匀后，得到混合料。

制备100重量份的复合材料双极板，所用的各物质的量为：45～95份的聚偏氟乙烯、4～50份的石墨烯、0.5～10份的增强剂、0.2～10份的复合助剂。

步骤(3).将步骤（2）得到的混合料置于塑料模压加工模具中，升温到180～250℃，保持1～15min后，施加8～30MPa压力，保持2～10min，冷却后脱模得到所述的复合材料导电双极板。

得到液流电池的复合材料双极板后，对所述双极板进行导电性能测试，结果表明，双极板的电导率大幅上升；

得到液流电池的复合材料双极板后，对所述双极板进行导热性能测试，结果表明，双极板的导热系数显著增加；

得到液流电池的复合材料双极板后，对所述双极板进行机械性能测试，结果表明，双极板拥有良好的机械拉伸强度；

本发明具有如下优点：