專利名稱：全釩氧化還原液流電池用集流板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于全釩氧化還原液流電池用集流板制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能和風(fēng)能大量開發(fā)利用是能源發(fā)展必由之路，而這些能源都有不穩(wěn)定的特 性，在利用這些能源發(fā)電時(shí)，需要配以相應(yīng)的電能儲(chǔ)存裝置，全釩氧化還原液流電池具有首 選的優(yōu)越條件。而釩電池做為儲(chǔ)能設(shè)備若要廣泛地運(yùn)用于風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中，或者 運(yùn)用于電網(wǎng)的調(diào)峰中去，必須實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，單臺(tái)電池的功率也要大，單臺(tái)釩電池的功率 要達(dá)到百千瓦級(jí)乃至兆瓦級(jí)以上，否則，在較大規(guī)模的風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中，用了很多 臺(tái)數(shù)的釩電池，那是很繁雜的事情，而要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模以及大功率釩電池的生產(chǎn)，那么構(gòu)成釩 電池的各個(gè)組件材料必定要大規(guī)模生產(chǎn)，單體材料也要大。 集流板是構(gòu)成釩電池的重要組成部分，它應(yīng)具有良好的導(dǎo)電性，較高的抗拉強(qiáng)度， 優(yōu)良的耐電化學(xué)侵蝕性能，又能實(shí)現(xiàn)大批量和大面積生產(chǎn)。集流板組裝到釩電池中，它要能 經(jīng)受較強(qiáng)的振動(dòng)，如地震和爆炸等振動(dòng)，要能經(jīng)受運(yùn)輸?shù)念嵅?，要能?jīng)受住電解液泵的起動(dòng) 和停止時(shí)的流體力學(xué)沖擊。 目前，在國(guó)內(nèi)外的文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)中，釩電池使用的集流板，多為石墨和導(dǎo)電塑料材料， 其中石墨板材雖然導(dǎo)電性能優(yōu)良，但其機(jī)械強(qiáng)度小，而大面積板材又難以制做。導(dǎo)電塑料的 導(dǎo)電性能仍不理想，體積電阻率在1X10—^5X10—工Q cm，還是有些大，影響釩電池的效率 更好的發(fā)揮。而當(dāng)導(dǎo)電塑料薄板面積較大時(shí)，如lm2數(shù)量級(jí)乃至10m2數(shù)量級(jí)時(shí)，組裝在釩電 池中，在振動(dòng)、顛波和流體沖擊下，其強(qiáng)度顯得很不夠，并且其模量較低，受力拉伸變形較大 也是一個(gè)問(wèn)題。況且，當(dāng)釩電池的使用壽命達(dá)到20年時(shí)，由于塑料的老化，強(qiáng)度會(huì)進(jìn)一步降 低。所以說(shuō)導(dǎo)電塑料集流板不能滿足對(duì)釩電池的高效率，大功率和長(zhǎng)壽命的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供導(dǎo)電性能好、機(jī)械強(qiáng)度高、壽命長(zhǎng)而且可以大批量大面積
生產(chǎn)的釩電池用集流板，即由碳纖維布和導(dǎo)電塑料復(fù)合而成的集流板。 本發(fā)明的技術(shù)方案 本發(fā)明是采用抗拉強(qiáng)度大、導(dǎo)電性能好并且有均布孔的碳纖維布和有較低體積電 阻率的導(dǎo)電塑料復(fù)合而成集流板。復(fù)合方法是采用擠出法或熱壓地。
1.本發(fā)明采用的碳纖維布 (1)碳纖維布所用的碳纖維的抗拉強(qiáng)度^ 2. 5Gpa ;
(2)碳纖維布所用的碳纖維的拉伸模量^ 220Gpa ;
(3)碳纖維布所用的碳纖維的體積電阻率《2X10—3Q cm ; (4)碳纖維布的編織技術(shù)要求碳纖維布所用的碳纖維束為扁平截面，束寬為 l-5mm，束厚為0. 1-0. 3mm，編織成有均布孔的碳纖維布，單個(gè)孔的面積為0. 09_lmm2。均布 孔的面積占碳纖維布面積的1% _5%。
2.本發(fā)明采用的導(dǎo)電塑料 導(dǎo)電塑料是由熱塑性聚合物加石墨粉和短碳纖維組成。制成的導(dǎo)電塑料體積電阻 率《5X10—^ cm。 3.本發(fā)明碳纖維布與導(dǎo)電塑料復(fù)合而成的集流板其中碳纖維布可以選取1-3 層；導(dǎo)電塑料要充滿碳纖維布的均布孔中，集流板的兩面要有厚度為0. 0-0. 3mm的導(dǎo)電塑 料層；若采用2層或3層碳纖維布時(shí)，碳纖維布之間的導(dǎo)電塑料層厚度為0. 0-0. 2mm。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn) 1.本發(fā)明制得的集流板具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能，其體積電阻率在 1X10—^2X10—3Q cm之間。 2.本發(fā)明制得的集流板具有優(yōu)良的機(jī)械性能，其抗拉強(qiáng)度^ 0. 8GPa，并且具有很
強(qiáng)的拉伸抗應(yīng)變性能，模量^60Gpa。用作大功率的釩電池集流板，具有優(yōu)良的抗振動(dòng)、抗顛
波以及抗沖擊性能，比單純的導(dǎo)電塑料具有更強(qiáng)的抗老化和抗疲勞性能。 3.由于采用了碳纖維布、高分子聚合物、石墨和短碳纖維材料，本發(fā)明制得的集流
板具有優(yōu)良的抗蝕性能。 4.本發(fā)明采用碳纖維布和導(dǎo)電塑料制成復(fù)合材料集流板，復(fù)合方法可以采用塑料 工藝中的擠出成型或熱壓成型來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模和大面積生產(chǎn)，特別是 采用擠出法，制得的集流板寬度可達(dá)1米以上，而長(zhǎng)度可以任意長(zhǎng)。


圖1為碳纖維布結(jié)構(gòu)平面圖。碳纖維布是由經(jīng)向碳纖維(1)和緯向碳纖維(2)均 勻相間編織而成的，并且均勻分布有孔(3)。 圖2為單層碳纖維布與導(dǎo)電塑料(4)復(fù)合而成的集流板垂直于平面的剖面圖。碳 纖維是由經(jīng)向碳纖維(1)和緯向碳纖維(2)均勻相間編織而成。導(dǎo)電塑料(4)填充到碳纖 維布的勻布孔(3)中并且包覆在碳纖維布的兩面，兩面的導(dǎo)電塑料(4)層厚度為(5)。
圖3為雙層碳纖維布與導(dǎo)電塑料(4)復(fù)合而成的集流板垂直于平面的剖面圖。碳 纖維布是由經(jīng)向碳纖維(1)和緯向碳纖維(2)均勻相間編織而成。導(dǎo)電塑料(4)填充到 碳纖維布的勻布孔(3)中并且包覆在碳纖維布的兩面，集流板兩面導(dǎo)電塑料(4)的厚度為 (5);在兩層碳纖維布之間的導(dǎo)電塑料(4)層厚度為(6)。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例1 單層碳纖維布與導(dǎo)電塑料(4)復(fù)合制成的集流板。見圖1和圖2，所采用的碳纖維 布的經(jīng)向碳纖維束(1)和緯向碳纖維束(2)的寬度均為2. 8mm，厚度均為0. 25mm ;經(jīng)向碳纖 維束(1)和諱向碳纖維束(2)的抗拉強(qiáng)度^ 2. 5Gpa，其拉伸模量^ 220Gpa ;碳纖維布均布 孔(3)的面積均為0.25mm2。所采用的導(dǎo)電塑料(4)的體積電阻率為2X 10—1 Q cm。集流 板兩面的導(dǎo)電塑料(4)層厚度(5)為O. lmm。在上述條件下所制得的碳纖維布與導(dǎo)電塑料 (4)復(fù)合集流板的平面垂直方向的體積電阻率為6X10—2-7X10—2Q *Cm。平面方向的抗拉 強(qiáng)度> 0. 8Gpa ;平面方向的拉伸模量^ 60Gpa。
實(shí)施例2
單層碳纖維布與導(dǎo)電塑料(4)復(fù)合制成的集流板。見圖1和圖2，所采用的碳纖維 布的經(jīng)向碳纖維束(1)和緯向碳纖維束(2)的寬度均為2. 8mm，厚度均為0. 25mm ;經(jīng)向碳纖 維束(1)和諱向碳纖維束(2)的抗拉強(qiáng)度^ 2. 5Gpa，其拉伸模量^ 220Gpa ;碳纖維布均布 孔的面積均為0.25mm2。所采用的導(dǎo)電塑料(4)的體積電阻率為1X10—工Q cm。集流板兩 面的導(dǎo)電塑料(4)層厚度(5)為0. lmm。在上述條件下所制得的碳纖維布與導(dǎo)電塑料(4) 復(fù)合集流板，其平面垂直方向的體積電阻率為3X10—2-4X10—2Q ，cm。平面方向的抗拉強(qiáng) 度> 0. 8Gpa。平面方向的拉伸模量^ 60Gpa。
實(shí)施例3 雙層碳纖維布與導(dǎo)電塑料(4)復(fù)合制成的集流板。見圖1和圖3，所采用的碳纖 維布的經(jīng)向碳纖維束(1)和緯向碳纖維束(2)的寬度均為2. 8mm，厚度為0. 25mm ;經(jīng)向碳纖 維束(1)和諱向碳纖維束(2)的抗拉強(qiáng)度^ 2. 5Gpa，其拉伸模量^ 220Gpa ;碳纖維布均布 孔(3)的面積均為0.25mm2。所采用的導(dǎo)電塑料(4)的體積電阻率為2X 10—1 Q cm。集流 板兩面的導(dǎo)電塑料(4)層厚度(5)為0. lmm ;兩層碳纖維布之間的導(dǎo)電塑料(4)層厚度(6) 為0.2mm。在上述條件下所制得的碳纖維布與導(dǎo)電塑料(4)復(fù)合集流板，其平面垂直方向 的電阻率為6X10—2-7X10—2 Q ，cm。平面方向的抗拉強(qiáng)度^ 0. 8Gpa。平面方向的拉伸模量 > 60Gpa。
實(shí)施例4 雙層碳纖維布與導(dǎo)電塑料(4)復(fù)合制成的集流板。見圖1和圖3，所采用的碳纖 維布的經(jīng)向碳纖維束(1)和緯向碳纖維束(2)的寬度均為2. 8mm，厚度均為0. 25mm ;經(jīng)向碳 纖維束(1)和諱向碳纖維束(2)的抗拉強(qiáng)度^ 2. 5Gpa，其拉伸模量^ 220Gpa ;碳纖維布均 布孔(3)的面積均為0.25mm2。所采用的導(dǎo)電塑料(4)的體積電阻率為2X 10—1 Q cm。集 流板兩面的導(dǎo)電塑料(4)層厚度(5)為O.Omm;兩層碳纖維布之間的導(dǎo)電塑料(4)層厚度 (6)為O. 2mm。在上述條件下所制得的碳纖維布與導(dǎo)電塑料(4)復(fù)合集流板，其平面垂直方 向的電阻率為3X10—2-4X10—2Q *Cm。平面方向的抗拉強(qiáng)度^ 0. 8Gpa。平面方向的拉伸模 量> 60Gpa。
實(shí)施例5 雙層碳纖維布與導(dǎo)電塑料(4)復(fù)合制成的集流板。見圖1和圖3，所采用的碳纖 維布的經(jīng)向碳纖維束(1)和緯向碳纖維束(2)的寬度均為2. 8mm，厚度均為0. 25mm ;經(jīng)向碳 纖維束(1)和諱向碳纖維束(2)的抗拉強(qiáng)度^ 2. 5Gpa，其拉伸模量^ 220Gpa ;碳纖維布均 布孔(3)的面積均為0.25mm2。所采用的導(dǎo)電塑料(4)的體積電阻率為2X 10—1 Q cm。集 流板兩面的導(dǎo)電塑料(4)層厚度(5)為O.Omm;兩層碳纖維布之間的導(dǎo)電塑料(4)層厚度 (6)為O. lmm。在上述條件下所制得的碳纖維布與導(dǎo)電塑料(4)復(fù)合集流板，其平面垂直方 向的電阻率為1. 5X10—2-2. 5X10—2Q *cm。平面方向的抗拉強(qiáng)度X). 8Gpa。平面方向的 拉伸模量^ 60Gpa。
權(quán)利要求
全釩氧化還原液流電池用集流板，其特征在于采用碳纖維布和導(dǎo)電塑料(4)復(fù)合而成集流板。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全釩氧化還原液流電池用集流板，其特征在于碳纖維布所用的經(jīng)向碳纖維束(1)和緯向碳纖維束(2)的抗拉強(qiáng)度^ 2. 5Gpa ;碳纖維布所用的經(jīng)向碳 纖維束(1)和緯向碳纖維束(2)的拉伸模量^ 220Gpa;碳纖維布所用的經(jīng)向碳纖維束(1) 和緯向碳纖維束(2)的體積電阻率《2X10—3。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全釩氧化還原液流電池用集流板，其特征在于碳纖維 布所用的經(jīng)向碳纖維束(1)和緯向碳纖維束(2)均為扁平截面，束寬為l-5mm，束厚為 0. 1-0. 3mm，由經(jīng)向碳纖維束(1)和緯向碳纖維束(2)編織成有均勻分布孔(3)的碳纖維 布，單個(gè)孔(3)的面積為0.09-lmm2，均布孔(3)的面積之和占碳纖維布面積的1% _5%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的全釩氧化還原液流電池用集流板，其特征在于導(dǎo)電塑 料(4)是由熱塑性聚合物加石墨粉和短碳纖維組成，制成的導(dǎo)電塑料(4)的體積電阻率 《5X10—^ cm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全釩氧化還原液流電池用集流板，其特征在于碳纖維布可 以為1-3層；集流板兩面的導(dǎo)電塑料(4)層厚度(5)為0. 0-0. 3mm ;若采用2層或3層碳纖 維布，碳纖維布之間的導(dǎo)電塑料(4)層的厚度(6)為0. 0-0. 2mm。
全文摘要
全釩氧化還原液流電池用集流板屬于液流電池集流板制造技術(shù)領(lǐng)域，其特征是采用碳纖維布與導(dǎo)電塑料(4)復(fù)合制成。所采用的碳纖維布的經(jīng)向碳纖維束(1)和緯向碳纖維束(2)的體積電阻率≤2×10-3Ω·cm，抗拉強(qiáng)度≥2.5Gpa，拉伸模量≥220Gpa；碳纖維布有均勻分布孔(3)，所采用的導(dǎo)電塑料(4)的體積電阻率≤5×10-1Ω·cm；碳纖維布可以為1-3層。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)大面積和大規(guī)模生產(chǎn)，所制造的集流板具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能、力學(xué)性能以及抗蝕性能，克服了以往液流電池用集流板導(dǎo)電性能差和機(jī)械強(qiáng)度低的缺點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01M4/86GK101740782SQ20101000092
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2010年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月20日
發(fā)明者綦明剛 申請(qǐng)人:襄樊大力電工有限公司