一种液流储能电池用碳塑导电复合双极板及其制备制造技术

一种液流储能电池用碳塑导电复合双极板，其特征在于：由材料组成为聚合物树脂、碳素导电填料及助剂；聚合物树脂与碳素导电填料质量比例为１～７∶９～３，助剂与聚合物树脂的质量比例为０．０５～０．７∶１０。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及液流储能电池，特别是一种全钒液流储能电池的双极板及 其制备方法。
技术介绍
世界范围的能源紧张和环境加剧恶化的态势促使世界各国充分开发和 利用可再生能源呼声日益高涨。而可再生能源必须通过蓄电储能的方式加 以调节以保证可再生能源发电系统的稳定供电，并充分有效地利用其发电 能力。另外，电网的削峰填谷、平衡负荷也迫切需要开发规模蓄电储能技 术。液流储能电池寿命长，可靠性高，设计灵活、无特殊地形要求、无排 放和噪音，运行和维持费较低，是理想的规模化储能蓄电装置。全钒液流储能电池(Vanadium redox flow battery)是一种新型液流储能电池，正极是 VO^/V02+电对，负极是V^/V"电对，电对间标准电势差为1.259V。与其 它类型液流储能电池相比，全钒液流储能电池具有独特的优点(])其正 负极活性物质均为钒离子，不会发生其它液流电池常有的正负极电解液交 叉污染、导致电池过早失效的现象；(2)钒离子的电化学可逆性高、电化 学极化小、功率密度高，因而更适合大电流快速充放电；(3)全钒液流储 能电池可实现完全密封，基本免维护运行，对环境的影响远远小于其它电 池，具有明显的"绿色"电池的特点。因此，其在太阳能和风能储存、固定式 电站和调峰储能电站等领域有很好的发展前景。双极板是全钒液流储能电池的关键部件。其材料应具有良好的导电性 能、阻液性能、机械力学性能及较高的化学稳定性。金属材料具有良好的导电、阻液性和良好的机械加工性能，但全钒液流储能电池所采用的电解液体系具有较强的酸性和氧化还原性，常用的金 属类材料由于稳定性原因而不适宜应用。硬质石墨是一种常用的全钒液流储能电池双极板材料。它具有电导率 高、化学稳定性好和阻液性能优异等特点。然而高成本、材质较脆限制了 其实际应用。碳塑导电复合材料是另外一种全钒液流储能电池的双极板材料。碳塑 导电复合材料的主要优点是加工简单，成本低廉，容易实现大规模生产， 最有希望大幅度降低双极板的成本，故而受到越来越广泛的重视。目前制 备碳塑导电复合材料双极板的常用方法是模压工艺和注塑成型工艺。然而 应用上述工艺只能制备厚度较大和面积较小的板。为了尽量提高电池的能 量效率和功率密度，双极板应越薄越好。当电池(特别是全钒液流储能电 池)需要较大面积和较小厚度双极板的时候，模压工艺和注塑成型工艺也就无能为力了。因此，有必要开发和应用新的碳塑导电复合材料制备工艺， 以期能够制备厚度较小，面积较大的碳塑导电复合材料双极板。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种用于液流储能电池的碳塑导电复合双极板及 其制备方法。其可制备出厚度较小，面积较大的碳塑导电复合材料双极板。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为(如图l所示)本专利技术提供的双极板材料为碳塑导电复合材料板，应用混炼造粒，挤 出压延成型工艺制备。本专利技术碳塑导电复合材料由聚合物树脂和导电填料以及加工助剂共混 而成，聚合物树脂、碳素导电填料质量比例为1 7: 9 3，助剂与聚合物 树脂的质量比例为0 0.7: 10;聚合物树脂可以是单一的热塑性树脂，也可以是热塑性树脂和热塑性弹性体的共混物，两者质量比例为10 90: 90 10。热塑性树脂通常为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙稀、聚苯乙烯、聚甲醛、 聚苯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、氟树脂、聚苯硫醚、聚砜和/或聚醚砜等。热塑性弹性体为苯乙烯类热塑性弹性体(SBS)、乙烯辛烯共聚物(POE)。 导电填料为碳素导电填料，通常为碳黑、石墨、碳纤维、石墨纤维和/ 或乙炔黑等。助剂为增塑剂、润滑剂和/或偶联剂，增塑剂与聚合物树脂的质量比例为0 0.5: 10;润滑剂与聚合物树脂的质量比例为0.05 0.1: 10;偶联 剂与聚合物树脂的质量比例为0 0.1: 10;增塑剂通常为邻苯二甲酸二丁酯、对苯二甲酸二辛酯和/或癸二酸二辛酉旨；'偶联剂通常为有机硅垸类和钛酸酯类，有机硅烷类包括乙烯基硅垸、环 氧基硅烷、氨基硅烷、含氯硅垸、磺酰叠氮硅垸；钛酸酯类包括单烷氧基 型钛酸酯、单垸氧基磷酸酯型钛酸酯、单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯、螯合 型钛酸酯和配位体型钛酸酯；润滑剂为聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、合成石蜡、硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸 锌和/或硬脂酰胺；本专利技术提供的制备碳塑导电复合材料双极板的方法，包括如下步骤1) 按比例将聚合物、碳素导电填料及助剂进行搅拌混合；2) 将混合料进行混炼造粒，并应用挤出压延成型工艺制备碳塑导电复 合材料双极板。其中，步骤1物料混合采用高速搅拌的方式，高速搅拌的转速通常为 1000 5000转/分，搅拌次数1 10次，时间为l 10分钟/次。步骤2应用密炼机或双螺杆挤出机对物料进行混炼并造粒。混炼温度 通常为100 400°C，混炼时间通常为5 100分钟。步骤2应用挤出压延成型工艺制备碳塑导电复合材料板。挤出机各工作段加热温度通常为100 400°C，挤出机机头温度通常为100 400°C。压延采用对辊方式实现。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点1. 本专利技术可制备厚度较小的碳塑导电复合材料双极板，厚度可以达到0.2mm，有助于提高液流储能电池的能量效率和功率密度；2. 本专利技术可制备面积较大的碳塑导电复合材料双极板，板的宽度可以 达到2m，而板的长度不受限制，可以提高液流储能电池的电极面积利用率， 有利于电池成本的降低；3. 应用挤出压延工艺生产碳塑导电复合材料板可连续成型，生产效率 大大提高，加工成本降低，所选原料可全部实现国产化，成本低廉。总之，应用本专利技术制备的碳塑复合材料双极板不仅具有较高的导电性 能、良好的阻液性及机械力学性能，而且厚度可薄至0.1mm，面积可达2m2 甚至更大，这是目前碳塑导电复合材料双极板常用的加工方法比如模压成 型和注塑成型所不能够达到的。该方法生产效率高，能够有效降低双极板 的成本，有利于电池的商业化。附图说明图1为碳塑导电复合材料双极板制备工艺流程图； 图2为全钒液流电池充放电极化曲线； 图3为全钒液流电池电压效率曲线。 具体实施例方式下面通过实施例详述本专利技术。 实施例1分别称取聚氯乙烯树脂10kg，石墨粉12kg、对苯二甲酸二辛酯(DOTP) 0.06kg，聚乙烯蜡0.06kg，异丙基三(磷酸二辛酯)钛酸酯(KR—12)0.08kg， 放入到高速搅拌器中进行混合，搅拌速度2500转/分，搅拌时间10分钟/ 次，搅拌次数2次。然后送入密炼机进行混炼造粒，得到碳塑导电复合材 料母料，混炼温度180。C，混炼时间5分钟。将母料送入挤出机中，挤出机 机头温度为20(TC，挤出片材并压延成型。即可制得碳塑导电复合材料双极 板。实施例2分别称取SBS (苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物)5kg，聚苯乙烯 5kg，硬脂酸钙0.1kg，乙烯基硅烷0.1kg，放入到高速搅拌器中进行混合， 搅拌速度1500转/分，搅拌10分钟/次，搅拌次数5次。然后送入密炼机进 行混炼并造粒，得到共混弹性体。混炼温度20(TC，混炼时间10分钟。将 上述共混弹性体和12kg导电碳黑送入密炼机进行混炼并造粒，得到导电母 料，混炼温度200。C，混炼时间20分钟。将母料送入挤出机中，挤出机机 头温度为20(TC，挤出片材并压延成型。即可制得碳塑导电复合材料双极板。实施例3分别称本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液流储能电池用碳塑导电复合双极板，其特征在于：由材料组成为聚合物树脂、碳素导电填料及助剂；聚合物树脂与碳素导电填料质量比例为１～７∶９～３，助剂与聚合物树脂的质量比例为０．０５～０．７∶１０。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宗浩，张华民，韩希，高素军，郝玥，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，博融大连产业投资有限公司，
类型：发明
国别省市：91