[发明专利]一种全钒液流电池用复合双极板的制备方法

说明书

（一）技术领域

本发明涉及液流电池技术领域，特别涉及一种全钒液流电池用复合双极板的制备方法。

（二）背景技术

全钒液流电池的优点主要表现在：电池自放电很小；充放电转化效率高；充放电承受能力强，可多次深度充放电，特别适用于需要快速充电和大电流放电的场合；清洁安全无污染，是一种理想的绿色电池，符合现代环境保护理念。全钒液流电池常用于稳定太阳能、风能等可再生能源的输出，解决它们由于波动大、不稳定而难以并网的问题；用于电力系统大规模储能，削谷填峰、负荷功率平衡；电能质量管理控制；还可用于重要部门设备的UPS 和紧急电源等。

全钒液流电池对电极的要求必须具备以下特征：电化学活性好、耐强氧化和强酸性、导电性能好以及机械强度高等特点。目前为止，所用的电极材料主要为金属电极、以石墨毡、碳毡和石墨-碳复合材料为代表的碳素电极和复合导电塑料电极。研究表明金属电极成本太高、可逆性较差、长期使用后容易发生钝化，降低电池性能；而导电塑料电极电阻率较大；碳素电极相对价格便宜、可靠性高、使用和维护费用都较低，但长期在高电流密度下容易发生蚀刻，因此电池性能受到制约，如何得到稳定性好、电阻率低、电化学活性好、成本低的电极，已经成为了钒电池系统研究和发展的关键方面。

（三）发明内容

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种稳定性好、电阻率低、电化学活性好、成本低的全钒液流电池用复合双极板的制备方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种全钒液流电池用复合双极板的制备方法，包括如下步骤：

（1）将高分子聚合物材料制成平板，置于上下两层多孔结构碳素/金属基材之间，得到复合结构；

（2）将步骤（1）中得到的复合结构通过加热的双轧辊进行辊压，得到复合导电塑料板；

（3）将石墨毡/碳毡放在浓硫酸中处理后用去离子水洗净，然后放到马弗炉中，于180-300℃下烘烤4-6h取出待用；

（4）在复合导电塑料板上下两侧分别铺设石墨毡/碳毡，一起放置于模具中，加热至100-150℃，从上下两个方向压力合膜，得到最终的一体化双极板。

本发明将上下两层为多孔结构碳素/金属基材，中间夹高分子聚合物材料，通过加热的双轧辊压制成一块复合导电塑料板；然后再通过热压的方式把石墨毡/碳毡粘接所得到的复合板两侧形成最终的复合双极板。本发明中，多孔结构碳素/金属基材不仅在塑料中形成导电网络，并且形成骨架大大增强了双极板的机械强度。

其优选的技术方案为：

步骤（1）中，高分子聚合物材料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、尼龙、聚吡咯、聚碳酸酯和聚苯胺中的一种或几种。

多孔结构碳素/金属基材为石墨毡、碳毡、碳纤维纸、碳布、泡沫铜或泡沫镍。

高分子聚合物材料和多孔结构碳素/金属基材的质量比为60-90%：40-10%。

步骤（2）中，复合结构以3-10m/h的速度通过加热到130-180℃的双轧辊。

步骤（3）中，石墨毡/碳毡的厚度为3-8mm，浓硫酸的质量浓度为70-98%，石墨毡/碳毡在浓硫酸中处理4-8h。

步骤（4）中，合膜压力为30-50MPa，保持时间为0-30min。

本发明既满足钒电池电极板耐酸、耐氧化性、无渗液的要求，又增加了电极板的强度、比表面积、导电性，并降低了电阻率，不仅工艺简单，而且加工成本低，寿命更长。

（四）附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明复合板的制备状态示意图；

图2为本发明双极板的结构示意图。

图中，1高分子聚合物材料，2多孔结构碳素/金属基材，3复合板，4双轧辊，5石墨毡/碳毡。

（五）具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1：

一种全钒液流电池用复合双极板，由以下方法制备得到：

（1）将聚乙烯改性塑料和1mm的泡沫镍按一定的重量比70%：30%进行配置，并且将聚乙烯改性塑料制成2mm的平板，置于上下两层泡沫镍之间；

（2）将步骤（1）中得到的两层泡沫镍之间夹聚乙烯改性塑料板以3m/h的速度通过加热到130℃的双轧辊，得到一块复合导电塑料板；

（3）将3mm的钒电池用石墨毡放在70%的浓硫酸中处理8h后用去离子水洗净，然后放到马弗炉中，在温度为180℃下烘烤6h后取出待用；