一种液流电池的复合材料双极板及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种液流电池的复合材料双极板及其制备方法。现有聚偏氟乙烯/石墨烯复合材料制备方法均需要使用大量溶剂，成本高，环境污染大，且制备方法复杂，在技术推广和工业应用方面受到了制约。复合材料双极板为共混物，该共混物包括聚偏氟乙烯、石墨烯、增强剂、复合助剂；各原料重量百分含量为聚偏氟乙烯45～95﹪、石墨烯4～50﹪、增强剂0.5～10﹪、复合助剂0.2～10﹪。该方法以聚偏氟乙烯为热塑性树脂，以石墨烯为导电填料，经增强剂和复合助剂协同作用，采用高速混合和模压法成型制备。本发明专利技术制备过程不使用溶剂，制备工艺简单，能耗少，绿色环保，适用于进行规模化工业生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于液流电池双极板制备
，涉及。
技术介绍
液流电池是一种新的高性能蓄电池，具有容量高、使用领域广、循环使用寿命长、规模化蓄电的特点，是目前的一种新能源产品。其中，全钒液流电池是一种新型蓄电储能设备，不仅可以用作太阳能、风能发电过程配套的储能装置，还可以用于电网调峰，提高电网稳定性，保障电网安全，可调整发电与供电之间的时差矛盾，减少自然条件影响，保证可再生能源发电和供电的连续性和稳定性。在全球环保意识逐渐增强和可持续发展思想的指导下，广泛利用可再生能源的呼声高涨，可以预见，液流电池将迎来一个快速发展的时期。但目前，液流电池普及应用的条件尚不具备，许多问题尚需进行深入的研究。液流电池中的双极板是其关键部件之一，直接连接不同单电池的正负极半电池、导通电池内电路并同时阻止电解液渗透。这要求双极板必须具备良好的导电性、机械强度、耐化学腐蚀性能。目前可选择的材料主要包括金属双极板、纯石墨双极板以及聚合物复合材料双极板。但金属材料双极板价格和耐腐蚀性方面有问题，而纯石墨双极板加工和安装时容易断裂，在大规模工业应用时受到限制。聚合物复合材料双极板以其良好的加工性能、机械强度和可调节性，近年来在研究领域中受到广泛关注。但绝大多数聚合物材料导电、导热性差。在已有的研究技术中主要采用大量添加石墨粉、炭黑、金属粉末或纤维等增加复合材料的电导率。填料填充量大，导电性能改善有限，且复合材料机械性能下降严重。石墨烯是近年来发现的一种新型碳质材料，结构非常稳定，具有突出的电学性能、良好的热学性能和优异的力学性能，为聚合物复合材料双极板的研究提供了一个可行的方向。但因纯石墨烯在聚合物材料中分散性很差。目前，聚偏氟乙烯/石墨烯复合材料研究主要集中在溶液混合和原位聚合。而这些方法均需要使用大量溶剂，成本高，环境污染大，且制备方法复杂，在技术推广和工业应用方面受到了制约。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是针对现有技术的不足，提供一种石墨烯基复合材料双极板。一种液流电池的复合材料双极板为共混物，该共混物包括聚偏氟乙烯、石墨烯、增强剂、复合助剂；各原料在复合材料双极板中的重量百分含量为:聚偏氟乙烯45?95 %、石墨烯4?50 %、增强剂0.5?10 %、复合助剂0.2?10 %。所述的聚偏氟乙烯作为热塑性树脂，简称PVDF。所述的石墨烯的直径为2?15 μ m,厚度为< 40nm。所述的增强剂为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米蒙脱土的一种或多种； 所述的复合助剂由分散剂、表面活性剂、相容剂的一种或多种组成； 所述的分散剂为硬脂酸酰胺、乙撑双硬脂酰胺、聚乙烯醇、芥酸酰胺、油酸酰胺的一种或多种； 所述的表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇醚硫酸钠、对苯乙烯磺酸钠的一种或多种。所述的相容剂为硅烷偶联剂。本专利技术的另一个目的是提供制备该液流电池的复合材料双极板的方法，采用机械混料和模压制备方法，不使用溶剂，可得到高电导率、良好导热性能和机械性能的复合材料双极板。本专利技术方法具体是: 步骤(I).将石墨烯、增强剂、复合助剂一起加入到高速混合机中高速混合I?IOmin,充分混匀后，得到功能共混物； 步骤(2).将聚偏氟乙烯树脂和步骤(I)所得功能共混物一起加入到高速混合机中高速混合I?20min，充分混匀后，得到混合料。制备100重量份的复合材料双极板，所用的各物质的量为:45?95份的聚偏氟乙烯、4?50份的石墨烯、0.5?10份的增强剂、0.2?10份的复合助剂。步骤(3).将步骤(2)得到的混合料置于塑料模压加工模具中，升温到180?2500C，保持I?15min后，施加8?30MPa压力，保持2?lOmin，冷却后脱模得到所述的复合材料导电双极板。得到液流电池的复合材料双极板后，对所述双极板进行导电性能测试，结果表明，双极板的电导率大幅上升； 得到液流电池的复合材料双极板后，对所述双极板进行导热性能测试，结果表明，双极板的导热系数显著增加； 得到液流电池的复合材料双极板后，对所述双极板进行机械性能测试，结果表明，双极板拥有良好的机械拉伸强度； 本专利技术具有如下优点: 本专利技术提供的方法制备得到的液流电池的石墨烯基复合材料双极板，电导率、导热性能得到显著提高，且能保持良好的机械性能。通过在双极板表面压制导流场，实现电解液在双极板表面的均匀流动。本专利技术所提供的复合材料双极板及其制备方法，可以根据实际需要控制双极板的面积、厚度及形状，制备方法不使用溶剂，制备工艺简单，绿色环保，容易实现复合材料双极板的批量化制备，适用于工业化生产。【附图说明】图1液流电池的复合材料双极板制备工艺流程图； 图2实施例1?8液流电池的复合材料双极板电导率与石墨烯含量关系曲线。【具体实施方式】为进一步说明本专利技术，以下结合实施例对本专利技术提供的液流电池的复合材料双极板及其制备方法进一步描述，但本专利技术的保护范围并不仅限于此。实施例1 步骤(I).将4g石墨烯、5g纳米二氧化硅、6g硬脂酸酰胺加入到高速混合机中混合3min,充分混勻后,得到15g功能混合物。步骤(2).将85g聚偏氟乙烯和所得功能混合物加入高速混合机中混合5min，充分混匀后，得到IOOg混合料。步骤(3).将所得混合料置于塑料模压加工模具中，升温到220°C，保持6min后，施加IOMPa压力持续5min模压成型，冷却后脱模得到所述复合材料双极板。实施例2 步骤(I).将5g石墨烯、4g纳米碳酸钙、5g乙撑双硬脂酰胺加入到高速混合机中混合3min,充分混勻后,得到14g功能混合物。步骤(2).将86g聚偏氟乙烯和所得功能混合物加入高速混合机中混合5min，充分混匀后，得到IOOg混合料。步骤(3).将所得混合料置于塑料模压加工模具中，升温到220°C，保持6min后，施加IOMPa压力持续5min模压成型，冷却后脱模得到所述复合材料双极板，其体电导率为0.26S/cm，导热系数为0.72。实施例3 步骤(I).将IOg石墨烯、3g纳米碳酸I丐、3g聚乙烯醇加入到高速混合机中混合4min,充分混匀后，得到16g功能混合物。步骤(2).将84g聚偏氟乙烯和所得功能混合物加入高速混合机中混合4min，充分混匀后，得到IOOg混合料。步骤(3).将所得混合料置于塑料模压加工模具中，升温到210°C，保持5min后，施加9MPa压力持续Smin模压成型，冷却后脱模得到所述复合材料双极板，其体电导率为2.8S/cm，拉伸强度为 23.49MPa。实施例4 步骤(I).将15g石墨烯、2g纳米碳酸H3g芥酸酰胺加入到高速混合机中混合5min,充分混匀后，得到20g功能混合物。步骤(2).将80g聚偏氟乙烯和所得功能混合物加入高速混合机中混合5min，充分混匀后，得到IOOg混合料。步骤(3).将所得混合料置于塑料模压加工模具中，升温到200°C，保持5min后，施加12MPa压力持续6min模压成型，冷却后脱模得到所述复合材料双极板，其体电导率为5.0S/cm，导热系数为1.74。实施例5 步骤(I).将20g石墨烯、2g纳米蒙脱土、4g油酸酰胺加入到高速混合机中混合3min,充分混匀后，得到26g功能混合物。步骤(2).将74g聚偏氟乙烯和所得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液流电池的复合材料双极板，为共混物，其特征在于该共混物包括聚偏氟乙烯、石墨烯、增强剂、复合助剂；各原料在复合材料双极板中的重量百分含量为：聚偏氟乙烯45～95﹪、石墨烯4～50﹪、增强剂0.5～10﹪、复合助剂0.2～10﹪；所述的聚偏氟乙烯作为热塑性树脂。

【技术特征摘要】
1.一种液流电池的复合材料双极板，为共混物，其特征在于该共混物包括聚偏氟乙烯、石墨烯、增强剂、复合助剂；各原料在复合材料双极板中的重量百分含量为:聚偏氟乙烯45?95 %、石墨烯4?50 %、增强剂0.5?10 %、复合助剂0.2?10 % ; 所述的聚偏氟乙烯作为热塑性树脂。2.如权利要求1所述的一种液流电池的复合材料双极板，其特征在于石墨烯的直径为2?15 μ m,厚度为< 40nm。3.如权利要求1所述的一种液流电池的复合材料双极板，其特征在于增强剂为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米蒙脱土的一种或多种。4.如权利要求1所述的一种液流电池的复合材料双极板，其特征在于复合助剂由分散齐U、表面活性剂、相容剂的一种或多种组成。5.如权利要求1所述的一种液流电池的复合材料双极板，其特征在于分散剂为硬脂酸酰胺、乙撑双硬脂酰胺、聚乙烯醇、芥酸酰胺、油酸酰胺的一种或多种；表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇醚硫酸钠、对苯乙烯磺酸钠的一种或多种；相容剂为娃烧偶联剂。6.制备如权利要求1所述的一种液流电池的复合材料双极板的方法，其特征在于该方法包括以下步骤: 步骤(I).将石墨烯、增强剂、复合助剂一起加入到高速混合机中高速混合I?IOmin,充分混匀后，得到功能共混物； 步骤(2).将聚偏氟乙烯树脂...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛立新，刘富，林海波，沈剑辉，向艳慧，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：