專利名稱：一體化復合電極雙極板及其制備方法與應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于氧化還原液流儲能電池技術領域，具體涉及一種氧化還原液流儲能電池用的一體化復合電極雙極板及其制備方法與應用。
背景技術：
電能是現(xiàn)代社會人類生活、生產必不可缺的二次能源，隨著社會經濟發(fā)展和人民的生活水平不斷提高，人們對電力需求也日益增加。由于電力需求晝夜、季節(jié)相差很大，但發(fā)電廠的建設必須與高峰用電相匹配，投資大利用率較低，且對周邊的環(huán)境和生態(tài)平衡有較大的影響。因些，必須不斷發(fā)展各類電站及輸配電系統(tǒng)以滿足生活和生產對電力的需求，為充分利用各類發(fā)電系統(tǒng)并實現(xiàn)穩(wěn)定供電，開發(fā)大規(guī)模高效蓄電技術極為重要。大規(guī)模高效液流蓄電系統(tǒng)的應用領域首先是與風能、太陽能等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)配套使用，使其穩(wěn)定供電；其次是火力發(fā)電及核電的電網調峰，特別適合直流用電大戶儲存“谷電”;還可用作自然災害、戰(zhàn)爭等非常時期的應急電源，重要軍事基地的備用電站。氧化還原液流儲能電池和其他化學儲能電池相比較具有很多優(yōu)點，具體有電池使用壽命高，功率和容量可按需求自由組合而且相互獨立，深度放電不會損壞電池。氧化還原液流儲能電池是一種新型的化學還原儲能電池，以電解液中的不同介態(tài)金屬離子作為電池正極和負極活性物質，正極和負極的電解液分開儲存，通過電泵將正極電解液和負極電解液泵入電池石墨氈內完成氧化還原反應后，流回到儲存容器內。從氧化還原液流儲能電池的工作原理來看，氧化還原液流儲能電池具備大規(guī)模高效蓄電的優(yōu)勢。根據(jù)氧化還原液流儲能電池的工作原理來看，雙極板和石墨氈是氧化還原液流儲能電池極為重要的關鍵材料，雙極板的作用是要隔絕正負極電解液同時傳導電流，石墨氈或碳氈是在全釩氧化還原液流儲能電池中具有較好的電化學活性和可逆性。由于電解液為強酸及強氧化性溶液，因此，雙極板和石墨氈要有極好的導電性和耐腐蝕性，雙極板應該既有石墨板的導電性，也有塑料的柔軟可彎曲性；而且非常耐腐蝕，在充放電過程中不會和電解液產生任何的電化學腐蝕，不會產生任何串液、漏液的問題。目前全釩氧化還原液流電池用的雙極板主要有石墨雙極板、導電塑料雙極板和一體化復合電極雙極板。石墨雙極板和石墨氈的連接方式是靠壓緊在一起的方式，就算能粘接為一體也很容易分離開，石墨雙極板和石墨氈在電泵同樣的壓力下，就會形成接觸隙縫而產生電阻，電池經過一段時間的充放電循環(huán)之后，石墨板正極出現(xiàn)被腐蝕現(xiàn)象，在石墨板表面涂抹上聚苯胺，可以防止石墨板出現(xiàn)被腐蝕，但因為聚苯胺與石墨板不能溶合為一個整體，經過一段時間的充放電循環(huán)之后，聚苯胺涂層會與石墨板表面分離開、剝落，石墨雙極板和石墨氈之間電阻越來越大，石墨板會出現(xiàn)機械瓦解而造成電池失效；另外，石墨板加工極其復雜很難做大的尺寸，而且加工效率很低價格又極其昂貴。導電塑料雙極板和石墨氈的連接方式是靠壓緊在一起的方式，就算能粘接為一體也很容易分離開，導電塑料雙極板的主要導電填料為導電乙炔碳黑、導電碳纖維和石墨，導電乙炔碳黑、導電碳纖維和石墨加入到熱塑性聚合物中之后，導電乙炔碳黑、導電碳纖維和石墨之間的每一個導電份子是靠熱塑性聚合物粘合在一起，而熱塑性聚合物是不導電的物質，因此，電池經過一段時間的充放電循環(huán)之后，導電乙炔碳黑、導電碳纖維和石墨之間會出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，石墨雙極板和石墨氈之間電阻越來越大，導電塑料雙極板會出現(xiàn)鼓泡、被電腐蝕現(xiàn)象，而造成電池失效。中國專利申請200810304837公開了一種全釩氧化還原液流電池用復合電極，主要為復合電極是由三種導電填料(導電乙炔碳黑、導電碳纖維和石墨)加入到熱塑性聚合物中制備得到熱塑性導電板，熱塑性導電板再與石墨氈熱壓復合而成，石墨氈中的部分導電碳纖維嵌入導電板表面，形成互穿的導電網絡，從而提高了產品整體的導電性能。上述該全釩氧化還原液流電池用復合電極主要缺陷在于導電乙炔碳黑、導電碳纖維和石墨加入到熱塑性聚合物中之后，導電乙炔碳黑、導電碳纖維和石墨之間的每一個導電份子是靠熱塑性聚合物粘合在一起，而熱塑性聚合物是不導電的物質，另外，因為熱塑性導電板當中的熱塑性聚合物含量較少，也就是粘合物較少，熱塑性導電板與石墨氈熱壓復合而成的復合電極結構也不牢固不穩(wěn)定，電池經過一段時間的充放電循環(huán)之后，導電乙炔碳黑、導電碳纖維和石墨之間會出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，導電塑料雙極板會出現(xiàn)被電腐蝕現(xiàn)象，導電塑料雙極板和石墨氈之間電阻越來越大，導電塑料雙極板會出現(xiàn)被電腐蝕而造成電池失效。

發(fā)明內容
為了避免石墨氈或碳氈與雙極板之間的接觸電阻，以及克服非金屬類電極在電池使用過程中出現(xiàn)斷裂而產生電阻增大的缺陷，本發(fā)明的首要目的在于提供一種一體化復合電極雙極板。本發(fā)明的另一目的在于提供上述一體化復合電極雙極板的制備方法。本發(fā)明的再一目的在于提供上述一體化復合電極雙極板的用途。本發(fā)明的目的通過下述技術方案實現(xiàn)一種一體化復合電極雙極板，由一體化的石墨氈/碳氈和塑料片組成，塑料片嵌在兩片石墨氈/碳氈中間，塑料片的長軸和寬軸均大于石墨氈/碳氈的長軸和寬軸。上述一體化復合電極雙極板的制備方法，是將塑料粒通過加熱擠壓形成軟化狀的塑料片，再將塑料片放置在兩片石墨氈/碳氈之間，閉緊模具，加熱擠壓，塑料片溶入石墨氈/碳氈內，冷卻后制得一體化復合電極雙極板。上述制備方法具體包括以下步驟(1)對石墨氈/碳氈清洗烘干后進行電化學阻極氧化處理或酸處理；將塑料粒通過加熱擠壓形成軟化狀的塑料片；(2)將兩片石墨氈/碳氈分別放在的模具A、B板內側，將塑料片放置在兩片石墨氈/碳氈之間，然后閉緊模具；(3)將模具內部抽真空；(4)將模具及模具內的石墨氈/碳氈和塑料片在160-260°C下恒溫處理6_100分鐘，期間并通過擠壓機擠壓模具，處理后塑料片全部溶入石墨氈/碳氈內，冷卻后制得一體化復合電極雙極板。所述的塑料粒優(yōu)選PE (聚乙烯)塑料粒。上述的一體化復合電極雙極板可應用在氧化還原液流儲能電池中。
本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術具有如下的優(yōu)點及效果1、本發(fā)明的一體化復合電極雙極板可明顯降低現(xiàn)有的石墨氈/碳氈與雙極板靠壓緊接觸方式所產生的電阻。2、本發(fā)明的一體化復合電極雙極板是靠石墨氈/碳氈為導電基體，導電性能顯著提高，較少有導電鏈斷裂現(xiàn)象發(fā)生，機械性能良好，機加工容易，可彎曲不易變形，氣密性能良好不會產生電池串液現(xiàn)象。3、采用本發(fā)明方法制備成的一體化復合電極雙極板能提高全釩氧化液流儲能電池的放電中壓、能量效率以及電池的使用壽命，不會造成石墨氈或碳氈的結構損壞和塑料碳化分解。4、本發(fā)明的一體化復合電極雙極板制備工藝簡單，導電性能一置，生產容易，不易變形，成品合格率高，成品合格率可達98%以上，具有很好的實用和應用前景。


圖1是本發(fā)明一種一體化復合電極雙極板的結構示意圖；其中，1-塑料片，2-石墨氈/碳氈，3-模具A板，4-模具B板。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。實施例1一種一體化復合電極雙極板，由以下方法制備得到(1)將PE塑料粒通過加熱擠壓形成軟化狀的塑料片；(2)將兩片5mm厚的石墨氈分別放在的模具A、B板內側，將PE塑料片放置在兩片石墨氈之間，然后閉緊模具；(3)將模具內部抽真空；(4)將模具及模具內的石墨氈和PE塑料片在160_170°C下恒溫處理75-100分鐘，期間并通過擠壓機擠壓模具，處理后PE塑料片全部溶入石墨氈內，冷卻后制得一體化復合電極雙極板。所制得的一體化復合電極雙極板的結構如圖1所示，石墨氈2和PE塑料片1已擠壓熔融成一體，塑料片1嵌在兩片石墨氈2中間，塑料片1的長軸和寬軸均大于石墨氈2的長軸和寬軸。實施例2一種一體化復合電極雙極板，由以下方法制備得到(1)將PE塑料粒通過加熱擠壓形成軟化狀的塑料片；(2)將兩片6mm厚的碳氈分別放在的模具A、B板內側，將PE塑料片放置在兩片碳氈之間，然后閉緊模具；(3)將模具內部抽真空；(4)將模具及模具內的碳氈和PE塑料片在180-190°C下恒溫處理55-70分鐘，期間并通過擠壓機擠壓模具，處理后PE塑料片全部溶入碳氈內，冷卻后制得一體化復合電極雙極板。所制得的一體化復合電極雙極板的結構如圖1所示，碳氈2和PE塑料片1已擠壓熔融成一體，塑料片1嵌在兩片碳氈2中間，塑料片1的長軸和寬軸均大于石墨氈2的長軸和寬軸。實施例3一種一體化復合電極雙極板，由以下方法制備得到(1)將PE塑料粒通過加熱擠壓形成軟化狀的塑料片；(2)將兩片7mm厚的石墨氈分別放在的模具A、B板內側，將PE塑料片放置在兩片石墨氈之間，然后閉緊模具；(3)將模具內部抽真空；(4)將模具及模具內的石墨氈和PE塑料片在200-210°C下恒溫處理40_50分鐘，期間并通過擠壓機擠壓模具，處理后PE塑料片全部溶入石墨氈內，冷卻后制得一體化復合電極雙極板。所制得的一體化復合電極雙極板的結構如圖1所示，石墨氈2和PE塑料片1已擠壓熔融成一體，塑料片1嵌在兩片石墨氈2中間，塑料片1的長軸和寬軸均大于石墨氈2的長軸和寬軸。實施例4一種一體化復合電極雙極板，由以下方法制備得到(1)將PE塑料粒通過加熱擠壓形成軟化狀的塑料片；(2)將兩片8mm厚的碳氈分別放在的模具A、B板內側，將PE塑料片放置在兩片碳氈之間，然后閉緊模具；(3)將模具內部抽真空；(4)將模具及模具內的碳氈和PE塑料片在220-240°C下恒溫處理25_35分鐘，期間并通過擠壓機擠壓模具，處理后PE塑料片全部溶入碳氈內，冷卻后制得一體化復合電極雙極板。所制得的一體化復合電極雙極板的結構如圖1所示，碳氈2和PE塑料片1已擠壓熔融成一體，塑料片1嵌在兩片碳氈2中間，塑料片1的長軸和寬軸均大于石墨氈2的長軸和寬軸。實施例5—種一體化復合電極雙極板，由以下方法制備得到(1)將PE塑料粒通過加熱擠壓形成軟化狀的塑料片；(2)將兩片IOmm厚的石墨氈分別放在的模具A、B板內側，將PE塑料片放置在兩片石墨氈之間，然后閉緊模具；(3)將模具內部抽真空；(4)將模具及模具內的石墨氈和PE塑料片在250-260°C下恒溫處理6_20分鐘，期間并通過擠壓機擠壓模具，處理后PE塑料片全部溶入石墨氈內，冷卻后制得一體化復合電極雙極板。所制得的一體化復合電極雙極板的結構如圖1所示，石墨氈2和PE塑料片1已擠壓熔融成一體，塑料片1嵌在兩片石墨氈2中間，塑料片1的長軸和寬軸均大于石墨氈2的長軸和寬軸。用實施例3制得的一體化復合電極雙極板組裝的電池，其充放電性能如表1所示。 用導電塑料雙極板組裝的電池，其充放電性能如表2所示。表1 一體化復合電極雙極板組裝的電池在電流密度50mA/cm2下的充放電性能
權利要求
1.一種一體化復合電極雙極板，其特征在于是由一體化的石墨氈/碳氈和塑料片組成，塑料片嵌在兩片石墨氈/碳氈中間，塑料片的長軸和寬軸均大于石墨氈/碳氈的長軸和寬軸。
2.權利要求1所述一體化復合電極雙極板的制備方法，其特征在于包括以下步驟；將塑料粒通過加熱擠壓形成軟化狀的塑料片，再將塑料片放置在兩片石墨氈/碳氈之間，閉緊模具，加熱擠壓，塑料片溶入石墨氈/碳氈內，冷卻后制得一體化復合電極雙極板。
3.根據(jù)權利要求2所述一體化復合電極雙極板的制備方法，其特征在于具體包括以下步驟(1)將塑料粒通過加熱擠壓形成軟化狀的塑料片；(2)將兩片石墨氈/碳氈分別放在的模具A、B板內側，將塑料片放置在兩片石墨氈/碳氈之間，然后閉緊模具；(3)將模具內部抽真空；(4)將模具及模具內的石墨氈/碳氈和塑料片在160-260°C下恒溫處理6-100分鐘，期間并通過擠壓機擠壓模具，處理后塑料片全部溶入石墨氈/碳氈內，冷卻后制得一體化復合電極雙極板。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的一體化復合電極雙極板的制備方法，其特征在于所述的塑料粒為聚乙烯塑料粒。
5.權利要求1所述的一體化復合電極雙極板在氧化還原液流儲能電池中的應用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種一體化復合電極雙極板及其制備方法與應用，該一體化復合電極雙極板是由一體化的石墨氈/碳氈和塑料片組成，塑料片嵌在兩片石墨氈/碳氈中間，塑料片的長軸和寬軸均大于石墨氈/碳氈的長軸和寬軸。本發(fā)明的一體化復合電極雙極板可明顯降低現(xiàn)有的石墨氈/碳氈與雙極板靠壓緊接觸方式所產生的電阻；一體化復合電極雙極板是靠石墨氈/碳氈為導電基體，導電性能顯著提高，較少有導電鏈斷裂現(xiàn)象發(fā)生，機械性能良好，機加工容易，可彎曲不易變形，氣密性能良好不會產生電池串液現(xiàn)象；采用本發(fā)明方法制備成的一體化復合電極雙極板能提高全釩氧化液流儲能電池的放電中壓、能量效率以及電池的使用壽命，不會造成石墨氈或碳氈的結構損壞和塑料碳化分解。
文檔編號H01M4/88GK102569824SQ20111045994
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權日2011年12月30日
發(fā)明者黃權波 申請人:黃權波