【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于液流电池，涉及一种面向酸性、碱性和中性液流电池的可焊接导电双极板及其制备方法。
技术介绍
1、由于其能量与功率分离、循环寿命长、成本低、维护时间少、安全性高、环保等优点，氧化还原液流电池是规模化储能技术的首选之一。其基本结构包括电极、双极板和离子交换膜等核心关键材料以及密封结构、电极框等辅助部件组成，其中双极板作为液流电池的关键材料之一，对于提高电池的能量效率和电压效率有至关重要的作用。随着氧化还原液流电池产值迅速增加，对双极板材料的需求势必逐渐增大。
2、双极板电导率差以及电化学腐蚀造成双极板表面电阻增大等问题会影响氧化还原液流电池的循环寿命、功率密度、能量转换效率。当前最广泛的提高双极板导电性的直接方式是采用增加双极板中的导电剂的含量，但是导电剂过高会使得双极板的柔韧性能明显降低，抗压抗冲刷能力下降，引起双极板的破裂，从而导致电池的严重自放电，且制备成本高、导致现阶段尚无成熟的氧化还原液流电池用双极板材料。
3、现有技术1（cn 113571715 a）将碳纤维浸泡在木质素浆料中，随后进行烧结，木质素会变成碳颗粒粘结在碳纤维上来增强碳纤维的电化学性能。
4、截至目前，仍然没有合适的方法能够解决上述关键问题，亟待开发一种可以有效制备高导电性的液流电池双极板材料，为氧化还原液流电池的大规模发展提供重要贡献。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提供一种面向酸性、碱性和中性液流电池的可焊接导电双极板，具有导电性好、机械强度高
2、本专利技术的另一目的是，提供一种面向酸性、碱性和中性液流电池的可焊接导电双极板的制备方法。
3、本专利技术所采用的技术方案是，一种面向酸性、碱性和中性液流电池的可焊接导电双极板，包括可焊接导电双极板的主体，所述主体包括以生物废料为原料经过高温烧结得到的多孔碳纳米微球，所述多孔碳纳米微球的表面稳定沉积有三维石墨烯网络；所述主体的表面热喷涂有氧化石墨烯浆料涂层。
4、进一步的，可焊接导电双极板的主体厚度为0.6-1.2mm，氧化石墨烯涂层的厚度是主体厚度的5-20%。
5、一种面向酸性、碱性和中性液流电池的可焊接导电双极板的制备方法，包括以下步骤：
6、步骤1，将生物废料处理为浆料；
7、步骤2，将浆料经过高温烧结得到多孔碳纳米微球，并采用化学气相沉积法在表面稳定沉积三维石墨烯网络，得到石墨烯-多孔碳纳米微球；
8、步骤3，通过热固性树脂填充、模压，得到石墨烯-多孔碳复合树脂层；
9、步骤4，将氧化石墨烯浆料均匀热喷涂于石墨烯-多孔碳复合树脂层的双面，形成具有高亲水性和电化学活性的表面涂层，待涂层冷却后模压，即得。
10、进一步的，所述步骤4之后还包括：将制得的双极板置于管式炉内，持续通入惰性气体，开启等离子体功率为500-800w，通入体积流量为200-300sccm的二氧化碳和体积流量为400-600sccm的氢气，通入时间为5~25min，随后自然冷却到室温，在氧化石墨烯涂层之上沉积得到石墨烯-多孔碳纳米微球。
11、进一步的，所述步骤1中，生物废料为木质素、莲子壳、花生壳或笋壳中的一种或多种等比例混合。
12、进一步的，所述步骤1中，生物废料的处理方法：
13、将生物废料通过去离子水清洗10-15次，浸泡在乙醇溶液中超声30-50s，随后采用鼓风干燥箱进行干燥，干燥温度40-60℃，干燥时间6-8h；干燥后的生物废料与质量分数18-22%的蔗糖溶液按照0.8-1.2g:1ml的质量体积比混合，充分搅拌形成浆料；将形成的浆料置于球磨容器中，球料比为1.5-2.5：1，在400-600r/min的转速条件下球磨20-30min。
14、进一步的，所述步骤2包括以下步骤：
15、将生物废料的浆料置于管式炉内，持续通入惰性气体，升温到1200-1500℃，恒温保温20-30min，恒温过程中，通入体积流量为200-300sccm的二氧化碳和体积流量为400-600sccm的氢气，通入时间为5~15min，随后自然冷却到室温，得到石墨烯-多孔碳纳米微球。
16、进一步的，所述步骤3包括以下步骤：
17、在热固性树脂中加入丙酮、固化剂和石墨烯-多孔碳纳米微球，得到石墨烯-多孔碳纳米微球含量不同的两份液态的石墨烯-多孔碳复合树脂，其中，热固性树脂、丙酮、固化剂和石墨烯-多孔碳纳米微球的体积比为1：20%-30%：1.0-1.2%：30-50%和1：20%-30%：1.0-1.2%：60-90%；
18、将所得石墨烯-多孔碳纳米微球含量较多的液态石墨烯-多孔碳复合树脂加入模具中央，另一份液态石墨烯-多孔碳复合树脂加入模具边缘，模压，得到石墨烯-多孔碳复合树脂层；其中，模压的工艺参数为：在室温下固化4-6h，随后施加压力0.5-1.0kpa，固化12-24h。
19、进一步的，所述步骤4中，氧化石墨烯浆的制备：对粒径1-3μm的商业氧化石墨烯进行等离子处理，然后加入分散溶剂中，氧化石墨烯与分散溶剂的质量体积比为100-150g：100-200ml，超声20-40min，得到氧化石墨烯浆料；
20、所述分散溶剂的制备：将乙醇、dmf、nmp或thf与去离子水以1.5-2.5：1的体积比混合。
21、进一步的，所述步骤4中，通过喷枪进行均匀热喷涂，喷涂温度为60-80℃；所述模压时间6-8h，模压压力为0.5-1.0kpa。
22、本专利技术的有益效果是：
23、本专利技术通过对生物废料进行预处理和碳化，得到多孔的碳纳米微球；通过在多孔的碳纳米微球表面沉积三维的石墨烯网络，可以进一步提高导电性；通过热固性树脂固化石墨烯网络结构，可以提高三维石墨烯网络的稳定性；通过调整热固性树脂中导电材料的含量改变树脂层的机械性能，可以实现双极板材料边缘可焊接；通过等离子处理氧化石墨烯粉末，可以显著提高氧化石墨烯的结构纯度，保证氧化石墨烯粉末边缘的褶皱石墨结构全部氧化；通过石墨烯浆料热喷涂可以保证涂层的均匀性，同时相比较石墨烯结构，表面涂层高纯度的氧化石墨烯结构具有更好的亲水性和电催化性能，更加适用于水系液流电池。
24、本专利技术处理方法中，生物废料来源广泛、成本低廉，整个制备过程中设备成本低、工艺流程简单便捷、易于批量化扩大生产，有助于液流电池用商业化双极板的大规模生产，同时实现了生物废料的资源再利用，具有重大的社会效益与经济效益。
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1.一种面向酸性、碱性和中性液流电池的可焊接导电双极板，包括可焊接导电双极板的主体，其特征在于，所述主体包括以生物废料为原料经过高温烧结得到的多孔碳纳米微球，所述多孔碳纳米微球的表面稳定沉积有三维石墨烯网络；所述主体的表面热喷涂有氧化石墨烯浆料涂层。
2.根据权利要求1所述一种面向酸性、碱性和中性液流电池的可焊接导电双极板，其特征在于，可焊接导电双极板的主体厚度为0.6-1.2mm，氧化石墨烯涂层的厚度是主体厚度的5-20%。
3.如权利要求1所述一种面向酸性、碱性和中性液流电池的可焊接导电双极板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述一种面向酸性、碱性和中性液流电池的可焊接导电双极板的制备方法，其特征在于，所述步骤4之后还包括：将制得的双极板置于管式炉内，持续通入惰性气体，开启等离子体功率为500-800w，通入体积流量为200-300sccm的二氧化碳和体积流量为400-600sccm的氢气，通入时间为5~25min，随后自然冷却到室温，在氧化石墨烯涂层之上沉积得到石墨烯-多孔碳纳米微球。
5.根据权利要求
6.根据权利要求3所述一种面向酸性、碱性和中性液流电池的可焊接导电双极板的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，生物废料的处理方法：
7.根据权利要求3所述一种面向酸性、碱性和中性液流电池的可焊接导电双极板的制备方法，其特征在于，所述步骤2包括以下步骤：
8.根据权利要求3所述一种面向酸性、碱性和中性液流电池的可焊接导电双极板的制备方法，其特征在于，所述步骤3包括以下步骤：
9.根据权利要求3所述一种面向酸性、碱性和中性液流电池的可焊接导电双极板的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，氧化石墨烯浆的制备：对粒径1-3μm的商业氧化石墨烯进行等离子处理，然后加入分散溶剂中，氧化石墨烯与分散溶剂的质量体积比为100-150g：100-200mL，超声20-40min，得到氧化石墨烯浆料；
10.根据权利要求3所述一种面向酸性、碱性和中性液流电池的可焊接导电双极板的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，通过喷枪进行均匀热喷涂，喷涂温度为60-80℃；所述模压时间6-8h，模压压力为0.5-1.0kPa。
...【技术特征摘要】
1.一种面向酸性、碱性和中性液流电池的可焊接导电双极板，包括可焊接导电双极板的主体，其特征在于，所述主体包括以生物废料为原料经过高温烧结得到的多孔碳纳米微球，所述多孔碳纳米微球的表面稳定沉积有三维石墨烯网络；所述主体的表面热喷涂有氧化石墨烯浆料涂层。
2.根据权利要求1所述一种面向酸性、碱性和中性液流电池的可焊接导电双极板，其特征在于，可焊接导电双极板的主体厚度为0.6-1.2mm，氧化石墨烯涂层的厚度是主体厚度的5-20%。
3.如权利要求1所述一种面向酸性、碱性和中性液流电池的可焊接导电双极板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述一种面向酸性、碱性和中性液流电池的可焊接导电双极板的制备方法，其特征在于，所述步骤4之后还包括：将制得的双极板置于管式炉内，持续通入惰性气体，开启等离子体功率为500-800w，通入体积流量为200-300sccm的二氧化碳和体积流量为400-600sccm的氢气，通入时间为5~25min，随后自然冷却到室温，在氧化石墨烯涂层之上沉积得到石墨烯-多孔碳纳米微球。
5.根据权利要求3所述一种面向酸性、碱性和中性液流电池的可焊接导电双极板的制备方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁美，伏虎，韩月友，刘俊伟，闫苏，
申请(专利权)人：张家港德泰储能装备有限公司，
类型：发明
国别省市：
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