[发明专利]一种液流电池双极板的连续化制造方法

说明书

技术领域

本发明属于电能转化与储存技术领域，特别涉及一种液流电池双极板的连续化制造方法。

背景技术

液流电池是是一种新型电化学储能装备，具有容量大、寿命长、效率高、成本低、环境友好的技术特点，正在发展成为电网规模储能的战略性产业技术。液流电池应用于智能电网储能过程，可一定程度满足可靠、互动、自愈、兼容、经济的智能电网发展需求，提高接纳风电、光伏等可再生能源并网能力。液流电池区别于其它电池的最主要特征，是将原先储存在固体电极上的电化学活性物质溶解进入电解液中，通过电解液循环流动给电池供给电化学反应所需的活性物质。由于参与电化学反应的活性物质溶解于电解质溶液中，只要改变所使用的电解液量，就能够改变电池的储能容量。液流电池的特定结构为用户提供极大便利，既能够满足用户对储能容量要求，又能够满足储能功率的需求。

双极板是液流电池的关键部件之一，在电池中连接上一级单电池负极与下一级单电池正极，两侧电解液分别为上一级单电池的负极电解液和下一级单电池的正极电解液。因此，液流电池的双极板需要具备良好的导电性，有效阻止电解液渗透性能，满足电池制造与使用过程的机械强度要求。此外，双极板的工作在强氧化性环境，还需要具有良好化学稳定性和耐电化学腐蚀性能。

为了满足液流电池对双极板技术性能需要，通常情况下，将碳素类材料，包括乙炔黑、石墨粉、导电纤维等导电剂与高分子树脂充分混合，均匀分散形成复合材料，满足导电性和阻隔性要求。在导电剂与高分子树脂充分混合、均匀分散时，可以利用高温将热塑性高分子树脂融化后与碳材料混合，也可以通过加入液体使导电填料与高分子树脂形成悬浮液。此外，还可以使用强极性溶剂将高分子树脂或导电填料溶解，变为均匀溶液。这些方法的共同特点是，将导电剂填充分散进入高分子树脂中，利用导电剂的相互搭接形成导电网络。此时，复合材料中所含的导电剂必须超过一定的含量，导电剂颗粒彼此连接起来，才能在双极板中形成空间导电网络，降低复合材料电阻，满足高导电性要求。随着导电剂含量增加，复合材料导电性增高。但是，导电剂往往使混合物粘度急剧增加，难于通过连续化熔融挤出成型。目前，液流电池双极板的大多数制造过程采用模压法(CN10350841A；CN103633340A；CN101101994A)，通过间歇方法制造(CN102931420B)，存在生产效率低，产品质量不够稳定的问题。

此外，以柔性石墨板为基础材料，浸渍于热固性树脂中加热，再经过固化、压制、炭化、压制等程序，可以制成液流电池的双极板(CN101794887A)，或是直接将高温熔融的树脂通过热压的方式挤入碳毡中(CN103022531A)，这些方法在制备过程中都需要高温、高压处理过程，不能采用连续化的工艺流程，很难保证成品的质量与产量。

针对现有双极板制造过程存在的问题，本发明提出一种连续化制造液流电池双极板的工艺方法。在现有的技术方法中，通常是利用导电剂的相互搭接形成导电网络，然后再填充高分子树脂形成双极板的阻隔液体性能。与之不同，本发明使用石墨毡作为原料，石墨毡内部的碳纤维彼此搭接，已经具备导电能力；然后，采用高分子树脂浸渍石墨毡，填充石墨毡内部的气孔，达到阻隔液体目的。由于石墨毡通常成卷制备，长度可以自由设定，具备一定机械强度，为连续化制造提供了成型条件。更具体地来看，本发明使用溶剂溶解热塑性高分子材料，通过搅拌将导电填料分散在热塑性高分子溶液中形成浆料，将石墨毡浸渍在浆料中，然后进行连续化的干燥，脱除溶剂后，用连续热压的方式消除双极板中的气孔，得到液流电池双极板。该工艺过程容易实现连续化大规模生产。

发明内容

本发明目的在于提供一种制造液流电池双极板的技术与工艺方法。

本发明的技术方案是：一种液流电池双极板的制造方法，其特征在于，包括以下步骤；

步骤(1)使用溶剂将热塑性树脂溶解制成溶液，并在溶液中混入导电剂，所述热塑性树脂在溶液中的浓度用重量百分数表示时为3％～25％，所述导电剂在溶液中的浓度用重量百分数表示时为0％～10％；

步骤(2)，使用步骤(1)得到的溶液浸渍石墨毡，使热塑性树脂填充进入石墨毡的空隙中；

步骤(3)，把步骤(2)得到的石墨毡加热到60℃～120℃温度范围，挥发除净溶剂，所得到的石墨毡的纤维表面包覆热塑性树脂；

步骤(4)，把步骤(3)得到的石墨毡置于加热到120℃～200℃温度范围的辊轴之间进行热压，辊轴之间的缝隙控制在0.4～1.0毫米之间；