【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及液流电池领域，具体涉及一种石墨基复合材料双极板及其生产方法。
技术介绍
1、液流电池由电堆单元、电解液、电解液存储供给单元以及管理控制单元等部分构成。液流电池是通过电池的正负极电解液中活性物质发生反应，通过控制在不同的电解液之间进行循环转换，实现了电能的储存和释放。液流电池的优势包括安全性高、循环寿命长、设计灵活、维护成本低等，是电池领域的一个新兴领域，有利于并行的设计和有望实现快速满足大中型储能和调峰的需求。双极板作为液流电池的重要组成部分，起到了分隔、串联电池、传导电流、为电堆提供结构支撑等作用。目前，双极板的成本约占液流电池总成本的40％。双极板材料必须是热、电的良导体，保证液流电池工作时整体温度均匀分布，利于排热，利于导电，提高液流电池工作效率；同时，由于液流电池中的电解液具有腐蚀性，因此需要材料具有稳定的化学性能和良好的耐腐蚀性能；另外，双极板作为单电池之间的连接，负责支撑液流电池整体，因此双极板要求具有良好的机械性能，高强度，以保证电堆在组装时的稳定性。制备双极板的常用材料有石墨、金属和复合材料三类。复合材料双极板加工简单，可大幅降低成本实现大规模生产。复合双极板的原料是高分子树脂与碳结合的复合材料，相比于金属双极板，复合材料双极板具有耐腐蚀、质量轻等优点。
2、在现有技术中，王果、赵文斌、姜宏东等公布了“一种全钒液流电池用双极板板材及其制备方法”(cn 117207561 a 2023.12.12)。该专利技术涉及一种全钒液流电池用双极板板材及其制备方法，所述方法包括以下步骤：对双极板板材
3、在现有技术中，王勇、王健公布了“一种碳基复合模压双极板的生产方法”的专利技术专利(cn 115332484 a 2022.11.11)。该专利技术涉及双极板生产的
，尤其涉及一种碳基复合模压双极板的生产方法。该专利技术公开了一种碳基复合模压双极板的生产方法，包括以下步骤：将石墨粉与炭黑进行搅拌均匀；导入树脂进行搅拌均匀，直到颜色均匀；加入碳纳米管进行搅拌均匀，得到混合物；将混合物泵入模具，在模具合模后进行加压与加热；达到设定压力后进行保压保型；达到设定温度后转为塑型模式；静置等待温度下降后，取出成品；将成品放入治具中进行保型冷却，得到双极板。然而，该专利未涉及双极板的密度、致密度、硬度、电化学腐蚀性、外形尺寸，未涉及双极板的连续化生产。该专利中提供的工艺方法不适用于制备具有高电导率和高气密性的石墨基复合双极板，难以实现低成本高效生产。该专利中工艺方法有三个关键点对于高性能石墨基复合双极板的低成本高效制备难以实现：1)双极板原料成本过高。该专利中的原料成分为石墨粉、碳纳米管、炭黑和树脂按照40：10：10：40的比例进行配制，其中作为导电增强相的碳纳米管和炭黑的原料成本远高于石墨粉末(以多壁碳纳米管与天然鳞片石墨粉末价格为例，多壁碳纳米管单价为500元/kg，天然鳞片石墨粉末为10元/kg)，从而大幅提高了原料的总成本，不符合大批量生产需求。2)混合原料充模过程难度大。该专利将混合后的原料泵入模具中，完成充模过程。根据该专利的描述，混合料中的树脂为热固性树脂，在常温下不具备可流动性，但该类树脂溶于乙醇等有机溶剂，因此有理由认为该步骤泵入模具的原料为含有机溶剂的热固性树脂溶液混合料。树脂溶液在常温下的黏度较大，流动性不佳，其对复杂型腔的填充程度受模具型腔尺寸、结构的影响很大，因此该方法很难实现大尺寸带流道结构双极板模具的充分填充。另外，为获得致密具有一定力学强度的双极板制品，原料树脂溶液中的有机溶剂需在加热成形过程中完全排出，该专利内容并未涉及该问题的解决方法。3)双极板制备效率低。该专利在合模成型过程中，需将模具从室温逐步升温至目标温度(160℃)，经过一段时间保温保压后，停止加热，等待模具温度降至室温再开模取出产品。全过程所需时间较长，导致制备效率低。所以，从原料成本、原料填充和制备效率三方面考虑，该专利提供的工艺较难实现高电导率和高气密性的石墨基复合双极板的产业化生产。
4、在现有技术中，翟月雯、羊浩等公布了“一种液流电池石墨复合材料双极板及制备方法和装置”(cn 117199420 a 2023.12.08)的专利。该专利公开了一种液流电池石墨复合材料双极板及制备方法和装置，其中方法包括以下步骤：将蠕虫石墨粉、短切碳纤维和树脂溶液混合均匀，得到浆料状混合料体；对混合料体进行辊压得到预制石墨本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种石墨基复合材料双极板的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述石墨粉末的尺寸范围为50～300μm，所述石墨粉末的质量分数为77～80wt％。
3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述热固树脂粉为酚醛树脂粉末，所述酚醛树脂粉末的粉末尺寸范围为10～50μm，所述酚醛树脂粉末的质量分数为18～21％，所述增强相粉末选自炭黑、碳纳米管、碳纤维中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述增强相粉末包括炭黑、碳纳米管和碳纤维，所述炭黑粉末的尺寸范围为10～50nm，所述炭黑粉末的质量分数为0.7～2.2％；所述碳纳米管的尺寸范围为10～50nm，所述碳纳米管的质量分数为1.2～2.1％；所述碳纤维直径尺寸范围为3～15μm，所述碳纤维的质量分数为0.7～3.1％。
5.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述有机溶剂为低沸点溶剂，所述有机溶剂与所述热固树脂搅拌的质量比为1：2～5。
6.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述阶
7.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述隧道加热炉的炉温为180～220℃。
8.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在所述锁膜加热步骤中，进一步借助于多点红外测温仪监测所述模具的外表面温度，以确保所述模具的外表面温度保持在150～180℃，并保证所述模具在所述隧道加热炉的均温区停留20-30分钟。
9.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在所述冷却脱模步骤中，所述主动冷却为喷淋水雾，且将所述模具的外表面温度冷却至80℃以下解除机械锁定。
10.一种石墨基复合材料双极板，其特征在于，通过权利要求1-8任一项所述的生产方法制造而成。
...【技术特征摘要】
1.一种石墨基复合材料双极板的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述石墨粉末的尺寸范围为50～300μm，所述石墨粉末的质量分数为77～80wt％。
3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述热固树脂粉为酚醛树脂粉末，所述酚醛树脂粉末的粉末尺寸范围为10～50μm，所述酚醛树脂粉末的质量分数为18～21％，所述增强相粉末选自炭黑、碳纳米管、碳纤维中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述增强相粉末包括炭黑、碳纳米管和碳纤维，所述炭黑粉末的尺寸范围为10～50nm，所述炭黑粉末的质量分数为0.7～2.2％；所述碳纳米管的尺寸范围为10～50nm，所述碳纳米管的质量分数为1.2～2.1％；所述碳纤维直径尺寸范围为3～15μm，所述碳纤维的质量分数为0.7～3.1％。
5.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述有...
【专利技术属性】
技术研发人员：翟月雯，周质光，羊浩，彭冲，顾飞，康启平，李硕，吴鉴喆，
申请(专利权)人：中国机械总院集团北京机电研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：
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