双极板及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种双极板及其制备方法和应用，所述双极板包括双极板本体，以及双极板本体的两面上的导电涂层，所述双极板上每平方厘米导电涂层的载量为3‑10mg。本发明专利技术所述的双极板具有较低的表面电阻，是良好的制备电堆的材料，具有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种双极板及其制备方法和应用。
技术介绍
石化能源日渐枯竭，为应对能源危机，全球各国均在积极探索新能源的开发与利用，譬如，目前已初具规模的风电以及太阳能。风能与光伏能源具有清洁、无污染、不枯竭的特点，可以说取之不尽用之不竭，并且环境友好；但是风能与光伏能源又有着固有的缺点，如随机性、间断性和不可调度性，这些缺点限制了风电与光伏发电上网，从而降低了资源利用率，致“弃风”等现象频频发生。为解决上述资源浪费现象，在风电等新能源与电网之间中接入储能系统，储能系统可以有效调节风光发电的输出功率，使之处于平稳状态，从而将风光等不可控能源变为可控能源，解决了风光等新能源上网难的问题，同时也为解决能源危机提供了可行性方案。目前的储能系统大致包含锂电储能、铅酸储能、钠硫电池储能以及全钒液流电池储能等几类。锂电及钠硫电池由于其安全性仍未得到解决，存在安全隐患，因此难以推广；铅酸储能由于其效率低、寿命短，也难以推广；全钒液流电池储能具有无可比拟的安全性、超长的使用寿命、较高的能量转换效率等优点，因此成为储能系统首选对象。全钒液流电池储能系统已在全国有多处示范项目，其中以国家电网在张北的“风光储输”项目中的应用规模最大，达2MW/4h，成为了全钒液流电池示范项目的典范。全钒液流电池是由电堆、管路、泵、电解液等几部分组成，电解液经过泵在电堆中循环，实现充放电，而电堆恰恰是实现电能与化学能相互转化的核心部件，作为电堆构成关键材料的双极板，其性能的优劣直接影响着电堆性能的好坏，因此制备出机械强度、导电特性等综合性能优异的双极板成为关键。双极板材料的选择包含石墨板、钛基金属以及导电复合材料等，石墨板具备导电性好、耐硫酸腐蚀等优点，但其质地较脆，不能将单张面积做大，否则就会碎裂，并且价格高昂，因此石墨板在技术与经济两方面均不适合制作大功率全钒液流电池的双极板。钛基金属在硫酸溶液中表现为缓慢腐蚀，其长期稳定性无法保障，并且对电解液也造成污染，因此钛基金属也不适合制作双极板。导电复合材料加工工艺成熟，制作灵活，成本低廉，兼具导电性能与机械强度，非常适合制作全钒液流电池用双极板。目前，用导电复合材料制作的双极板，其体积电阻率通常小于0.5Ω.cm，电流垂直流经双极板的本体压降通常小于5mV，但是石墨毡与双极板的接触电阻压降通常在70mV左右，降低接触电阻，方法一，可通过降低体积电阻率来降低，通常体积电阻率越低，接触电阻越小，但是双极板的导电性与机械强度是相互矛盾的，通常是顾此失彼，导电性好了，机械强度变差，需要好的机械强度，其导电性必定下降，并且降低体积电阻率来降低接触电阻极其有限，效果不明显；方法二，制作一体化电极，将石墨毡粘结在双极板的表面，该方法不利于后续电堆装配，并且接触电阻降低有限，没有本质的降低。因此采用怎样的方法降低石墨毡与双极板的接触电阻成为关键技术。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种具有较低的表面电阻的双极板及其制备方法和应用，有利于推进新能源的应用。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术一方面提供一种所述双极板包括双极板本体，以及双极板本体的两面上的导电涂层，所述双极板上每平方厘米导电涂层的载量为3-10mg。优选地，所述双极板本体采用导电复合材料制成。优选地，导电复合材料包括质量比为7:3～5:5的聚烯烃树脂和/或其改性树脂与碳素优选地，所述导电涂层采用碳素和/或聚烯烃聚合物制成。优选地，所述碳素和聚烯烃的质量比为100:0～100:10。优选地，所述碳素选自石墨、炭黑、碳纤维中的任意一种或几种；所述聚烯烃选自微粉聚乙烯、聚乙烯微粉蜡或氧化聚乙烯微粉蜡中的任意一种或几种。优选地，所述微粉聚乙烯的分子量为：20万-50万，所述微粉聚乙烯蜡的分子量为3000-5000，所述氧化聚乙烯微粉蜡的分子量为3000-5000。本专利技术的另一个方面提供了一种双极板的制备方法，所述制备方法至少包括以下步骤：(1)用导电复合材料制作双极板片材；(2)将导电物质配制成涂料，在片材的两面表面涂布导电物质，烘干；(3)将烘干后的片材置于平板热压机上热压，即得。优选地，：所述步骤(1)具体包括以下步骤：1)将质量比为7:3～5:5的聚烯烃树脂和/或其改性树脂与碳素在密炼机中混料密炼；2)将密炼得到的混合物经螺杆机挤出造粒，得到导电母粒；3)利用模具热压或者注塑机将母粒制作成片材。优选地，所述步骤1)所述的聚烯烃树脂选自聚乙烯或聚丙烯中的任意一种或两种，所述聚烯烃树脂改性树脂选自聚烯烃树脂的马来酸酐接枝物或聚烯烃树脂的丙烯酸接枝物中的任意一种或两种，所述碳素选自石墨、炭黑或碳纤维中的任意一种或几种。优选地，所述聚乙烯的分子量为20万-50万，所述聚丙烯的分子量为15万-25万，所述聚烯烃树脂的马来酸酐接枝物的分子量为15万-50万、接枝率为1.2％-1.6％，聚烯烃树脂的丙烯酸接枝物的分子量为15万-50万、接枝率为2％-4％。优选地，所述步骤(1)包括以下技术特征中的任意一种或多种：(1)所述步骤1)中密炼机温度130℃～200℃，转子转速30r/min～100r/min，时间为20min～70min；(2)所述步骤2)中螺杆机前段温度130℃～150℃，中段温度180℃～200℃，后端温度210℃～240℃，螺杆转子转速30r/min～100r/min；(3)所述步骤3)采用模具热压时温度150℃～200℃，压力8MPa～15MPa；或者采用注塑机时挤出温度210℃～240℃。优选地，所述步骤(2)中导电物质为质量比为100:0～100:10的碳素与聚烯烃。优选地，所述碳素选自石墨、炭黑、碳纤维中的任意一种或几种，所述聚烯烃选自微粉聚乙烯、聚乙烯微粉蜡或氧化聚乙烯微粉蜡中的任意一种或几种。所述微粉聚乙烯的分子量为：20万-50万，所述微粉聚乙烯蜡的分子量为3000-5000，所述氧化聚乙烯微粉蜡的分子量为3000-5000。优选地，所述步骤(2)中涂料的溶剂选自水和/或醇。优选地，所述醇选自甲醇或乙醇中的任意一种或两种。优选地，所述双极板片材上的导电物质的载量为3-10mg/cm2。优选地，所述步骤(2)中烘干温度不高于70℃。优选地，所述步骤(3)中热压的温度90℃～150℃，压力8MPa～15MPa，时间5min～20min。本专利技术的另一个方面提供了一种的双极板用于制备电堆的用途。如上所述，本专利技术的双极板及其制备方法和应用，具有以下有益效果：在复合导电材料的表面涂布导电物质，有效的降低了双极板的表面电阻，本专利技术的制备方法原材料易得、成本低廉、设计灵活、操作方便，所得双极板整体压降小，机械性能好，易于产业化。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置。对比例1(1)将聚乙烯∶马来酸酐接枝聚乙烯∶石墨∶炭黑按照质量百分比为50∶20∶10∶20称量，一并投入密炼机中混料密炼本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双极板，其特征在于：所述双极板包括双极板本体，以及双极板本体的两面上的导电涂层，所述双极板上每平方厘米导电涂层的载量为3‑10mg。

【技术特征摘要】
1.一种双极板，其特征在于：所述双极板包括双极板本体，以及双极板本体的两面上的导电涂层，所述双极板上每平方厘米导电涂层的载量为3-10mg。2.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于：所述双极板本体采用导电复合材料制成。3.根据权利要求2所述的双极板，其特征在于：所述导电复合材料包括质量比为7:3～5:5的聚烯烃树脂和/或其改性树脂与碳素。4.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于：所述导电涂层采用碳素和\\或聚烯烃构成。5.根据权利要求4所述的双极板，其特征在于：所述碳素和聚烯烃的质量比为100:0～100:10。6.根据权利要求5所述的双极板，其特征在于：所述碳素选自石墨、炭黑、碳纤维中的任意一种或几种；所述聚烯烃选自微粉聚乙烯、聚乙烯微粉蜡或氧化聚乙烯微粉蜡中的任意一种或几种。7.根据权利要求6所述的双极板，其特征在于：所述微粉聚乙烯的分子量为：20万-50万，所述微粉聚乙烯蜡的分子量为3000-5000，所述氧化聚乙烯微粉蜡的分子量为3000-5000。8.一种双极板的制备方法，其特征在于，所述制备方法至少包括以下步骤：(1)用导电复合材料制作双极板片材；(2)将导电物质配制成涂料，在片材的两面表面涂布导电物质，烘干；(3)将烘干后的片材置于平板热压机上热压，即得。9.根据权利要求8所述的双极板的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)具体包括以下步骤：1)将质量比为7:3～5:5的聚烯烃树脂和/或其改性树脂与碳素在密炼机中混料密炼；2)将密炼得到的混合物经螺杆机挤出造粒，得到导电母粒；3)利用模具热压或者注塑机将母粒制作成片材。10.根据权利要求9所述的双极板的制备方法，其特征在于：所述步骤1)所述的聚烯烃树脂选自聚乙烯或聚丙烯中的任意一种或两种，所述聚烯烃树脂改性树脂选自聚烯烃树脂的马来酸酐接枝物或聚烯烃树脂的丙烯酸接枝物中的任意一种或两种，所述碳素选自石墨、炭黑或碳纤维中的任意一种或几种。11.根据权利要求10所述的双极板的制备方法，其特征在于：所述聚乙烯的分子量为20万-50万，所述聚丙烯的分子量为15万-2...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪保国，钱汇东，李军，邹志青，周毅，杨辉，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：上海;31