[发明专利]一种多层复合的具有流道的双极板，其生产方法及用途

说明书

本发明提供一种多层复合的具有流道的双极板，其生产方法及用途，所述多层复合的具有流道的双极板包括2‑100个堆叠设置的极板单元，所述极板单元包括碳纸和涂覆在碳纸一侧的碳塑复合层，所述多层复合的具有流道的双极板外壁为碳塑复合层；所述极板单元内设置有流道。本发明所述物料可以耐受各种无机酸腐蚀，且表面涂覆的有机材料及先裁剪后涂覆的方式，使其易于层叠热压，并易于加工电解液流道，电解液充放电循环数据表明其更能承受高电流密度运行，且柔性特征使其抗拉伸和弯折能力增强，解决了现有技术中液流电池双极板结构稳定性、抗弯折能力差，导电率和耐受高电流密度差的技术问题。

技术领域

本发明涉及电化学技术，尤其涉及一种多层复合的具有流道的双极板，其生产方法及用途。

背景技术

双极板作为钒电池电堆的重要部件和关键材料之一，其作用是充放电的集流体和正负极溶液的分离体，要求其具有较高的机械强度、较高的导电性、优异的耐腐蚀性，同时具有较低的成本以确保其工程化应用。

目前，研究较多的钒电池双极板包括：碳素类、耐蚀金属类和导电塑料类。耐蚀金属类成本昂贵，暂不能具备大规模应用的前景；碳素类双极板(如石墨、玻碳等)，在电堆运行过程中易被腐蚀，难以保证使用寿命；而导电塑料类双极板则是以高分子树脂(如PP，PE等)和导电填料(如导电炭黑等)为原料，以注塑或模压工艺成型，受到极大关注，其导电性好、耐腐蚀而且低成本，易于大规模生产，可满足工程化需要。

专利200710011336.8，公开了一种用于液流储能电池的增强柔性石墨双极板及其制备，其最外层为柔性石墨层，柔性石墨层是由蠕虫石墨压合而成，结合强度低，置于电极板外层非常容易起皮脱落，进入电池系统中，造成管路堵塞。该专利中双极板干法混料，粉末之间的密度和颗粒度差距较大，很难混合均匀，倾倒时粉尘大，而且又会再次分层；固体直接热压法，孔隙率高，结合强度差。

现有双极板制备方法一，使用碳粉与塑料粉经过密炼，形成均匀混合，再经过辊压，加工成平板，这种方法要求复合材料具有优异的高温流动性，对塑料含量要求高。该工艺存在的问题有：抗弯折能力低下，导电率低，导电率通常低于50s/cm，组装钒电池后，电池效率低于75％。

现有双极板制备方法二，使用碳粉与塑料粉经过冷压成型，再经过热压成型，获得高导电率的复合材料，但这种方法存在几个问题：(1)设备要求较高，为了提高导电率，要求很大的压制压力；(2)大量采用蠕虫石墨；(3)抗弯折能力较低；(4)电导率中等通常为100～200S/cm。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有液流储能电池双极板强度低，抗弯折能力差，导电率低的问题，提出一种多层复合的具有流道的双极板，该双极板具有结构稳定性佳、抗弯折能力佳、导电率高和耐受高电流密度的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种多层复合的具有流道的双极板，包括2-100个堆叠设置的极板单元，所述极板单元包括碳纸和涂覆在碳纸一侧的碳塑复合层，所述多层复合的具有流道的双极板外壁为碳塑复合层；所述极板单元内设置有流道。

进一步地，所述极板单元厚度为0.01～2mm，优选为0.5-1.5mm；所述碳塑复合层厚度为0.01～1mm，优选为0.01～0.5mm。

进一步地，所述流道为设置在极板单元(碳纸和碳塑复合层)上的多个平行排列的矩形沟糟，其长宽深分别为0.01～0.5mm×0.01～0.3mm×0.01～0.2mm，优选的所述矩形沟糟长宽深分别为0.05～0.3mm×0.05～0.2mm×0.05～0.1mm。

进一步地，所述碳塑复合层包括重量配比如下的各组分：

塑料 1-10份；

碳材料粉末 50-90份。

进一步地，所述碳塑复合层包括重量配比如下的各组分：