[发明专利]一种锌溴液流电池用复合双极板、制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种锌溴液流电池用复合材料双极板、制备方法及其应用。复合双极板包含导电层和设置在导电层上的催化层，其中导电层包括以下原料：高密度聚乙烯、增韧剂、高结构导电炭黑、低结构导电炭黑、膨胀石墨、天然鳞片石墨、防溴剂、增塑剂；催化层为经过氮掺杂活化的超级电容炭。该复合双极板可以有效改善机械性能增加基材韧性，同时也可以改善加工的流动性。导电层中加入防溴剂，可以有效提高聚合物基体的耐候性，从而提高电池的寿命；利用多种不同结构的导电填料，在既可以达到良好导电性的同时，也能够节约成本。导电层与催化层结合一体，可以促进锌的均匀沉积，抑制锌枝晶生成和生长。

技术领域

本申请涉及液流电池领域，具体地涉及一种锌溴液流电池用复合双极板、制备方法及其应用。

背景技术

随着“碳中和、碳达峰”的提出，新能源储能技术越来越被重视，而液流电池技术作为储能技术之一，展现出了其在储能领域非常有竞争力的发展前景。目前主流的液流电池主要有全钒液流电池、锌溴液流电池、铁铬液流电池等，主要应用于电网调峰、风能和太阳能等可再生能源发电、电动汽车等领域。其中，含锌体系的可充电电池由于锌的高能量密度以及低成本的优势，在大规模储能系统应用中具有很强的竞争力。锌溴液流电池则是作为这两种技术的结合，近年来受到越来越多的关注，具有巨大的应用潜力。

双极板在液流电池电堆中主要是用以分隔液流电池正、负极电解液、收集电子和固定电极，能很好地阻绝气体和液体的渗入。因此，双极板需要较高的导电率和较低的内阻，且能够在酸强碱和强氧化还原性的电化学反应中具有较好的稳定性，同时还有较好的机械强度。

传统的锌溴液流电池领域用到的双极板材料为碳塑复合材料，主要优点是加工简单，易于实现大规模生产，但其材料导电性较差，若导电填料含量过高会使复合板变脆，不宜于电堆组装。碳素复合材料的导电影响因素众多，其中与基体聚合物、导电填料种类的结构和性质密切相关，一些专利方案中通过添加碳纳米管或石墨烯以提高其导电率，但存在导电填料价格较贵，实际产品成本较高，不利于产品成本控制的问题。

锌溴电池在充电过程中，会产生溴素等强氧化性物质，可能对双极板基体产生腐蚀；与此同时，电池在充电过程还面临着锌沉积不均匀，导致电池极化大，甚至产生锌枝晶的问题，锌枝晶会刺穿隔膜导致电池短路，影响电池性能和寿命。

发明内容

本申请的目的在于提供一种低成本、高导电性及良好机械性能、高催化性能的锌溴液流电池用复合双极板、制备方法及其应用。

为达到以上目的，本申请采用的技术方案为：提供一种锌溴液流电池用复合双极板，包括导电层及设置在所述导电层上的催化层，所述导电层的厚度为100～1500μm，所述催化层的厚度为100～2000μm；所述导电层包括以下质量份的原料：高密度聚乙烯20～60、增韧剂5～40、高结构导电炭黑1～40、低结构导电炭黑1～20，膨胀石墨1-30，天然鳞片石墨1～30、防溴剂0.1～2以及增塑剂0～2；所述高结构导电炭黑的DBP≥1.2mL/g，所述低结构导电炭黑的DBP1.2mL/g，所述高结构导电炭黑与低结构导电炭黑的比例为(30:1)～(1:1)；所述催化层包括氮掺杂的超级电容炭。

作为一种优选，所述高密度聚乙烯的重均分子量为50000～300000；相对支化度2～10；熔融指数0.01～20。

作为另一种优选，所述增韧剂为线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、中密度聚乙烯中一种或两种以上的组合；所述增韧剂的熔融指数为0.1～5。

作为另一种优选，所述高结构导电炭黑的比表面积为20～1000m²/g，粒径为10～100nm，粒径分布D50为1～200μm。

作为另一种优选，所述低结构导电炭黑的比表面积为20～400m²/g，粒径为10～100nm，粒径分布D50为1～200μm。