專利名稱：一體化復(fù)合電極雙極板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于氧化還原液流儲(chǔ)能電池技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種氧化還原液流儲(chǔ)能電池用的一體化復(fù)合電極雙極板及其制備方法與應(yīng)用。
背景技術(shù)：
電能是現(xiàn)代社會(huì)人類(lèi)生活、生產(chǎn)必不可缺的二次能源，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民的生活水平不斷提高，人們對(duì)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(shè)必須與高峰用電相匹配，投資大利用率較低，且對(duì)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(lèi)電站及輸配電系統(tǒng)以滿足生活和生產(chǎn)對(duì)電力的需求， 為充分利用各類(lèi)發(fā)電系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定供電，開(kāi)發(fā)大規(guī)模高效蓄電技術(shù)極為重要。大規(guī)模高效液流蓄電系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域首先是與風(fēng)能、太陽(yáng)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(wǎng)調(diào)峰，特別適合直流用電大戶儲(chǔ)存“谷電”;還可用作自然災(zāi)害、戰(zhàn)爭(zhēng)等非常時(shí)期的應(yīng)急電源，重要軍事基地的備用電站。氧化還原液流儲(chǔ)能電池和其他化學(xué)儲(chǔ)能電池相比較具有很多優(yōu)點(diǎn)，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(dú)立，深度放電不會(huì)損壞電池。氧化還原液流儲(chǔ)能電池是一種新型的化學(xué)還原儲(chǔ)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(fù)極活性物質(zhì)，正極和負(fù)極的電解液分開(kāi)儲(chǔ)存，通過(guò)電泵將正極電解液和負(fù)極電解液泵入電池石墨氈內(nèi)完成氧化還原反應(yīng)后，流回到儲(chǔ)存容器內(nèi)。從氧化還原液流儲(chǔ)能電池的工作原理來(lái)看，氧化還原液流儲(chǔ)能電池具備大規(guī)模高效蓄電的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)氧化還原液流儲(chǔ)能電池的工作原理來(lái)看,雙極板和石墨租是氧化還原液流儲(chǔ)能電池極為重要的關(guān)鍵材料，雙極板的作用是要隔絕正負(fù)極電解液同時(shí)傳導(dǎo)電流，石墨氈或碳?xì)质窃谌C氧化還原液流儲(chǔ)能電池中具有較好的電化學(xué)活性和可逆性。由于電解液為強(qiáng)酸及強(qiáng)氧化性溶液，因此，雙極板和石墨氈要有極好的導(dǎo)電性和耐腐蝕性，雙極板應(yīng)該既有石墨板的導(dǎo)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(guò)程中不會(huì)和電解液產(chǎn)生任何的電化學(xué)腐蝕，不會(huì)產(chǎn)生任何串液、漏液的問(wèn)題。目前全fL氧化還原液流電池用的雙極板主要有石墨雙極板、導(dǎo)電塑料雙極板和一體化復(fù)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(kāi)，石墨雙極板和石墨氈在電泵同樣的壓力下，就會(huì)形成接觸隙縫而產(chǎn)生電阻，電池經(jīng)過(guò)一段時(shí)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?yàn)榫郾桨放c石墨板不能溶合為一個(gè)整體，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的充放電循環(huán)之后，聚苯胺涂層會(huì)與石墨板表面分離開(kāi)、剝落，石墨雙極板和石墨氈之間電阻越來(lái)越大，石墨板會(huì)出現(xiàn)機(jī)械瓦解而造成電池失效；另外，石墨板加工極其復(fù)雜很難做大的尺寸，而且加工效率很低價(jià)格又極其昂貴。導(dǎo)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(kāi)，導(dǎo)電塑料雙極板的主要導(dǎo)電填料為導(dǎo)電乙炔碳黑、導(dǎo)電碳纖維和石墨，導(dǎo)電乙炔碳黑、導(dǎo)電碳纖維和石墨加入到熱塑性聚合物中之后，導(dǎo)電乙炔碳黑、導(dǎo)電碳纖維和石墨之間的每一個(gè)導(dǎo)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(dǎo)電的物質(zhì)，因此，電池經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的充放電循環(huán)之后，導(dǎo)電乙炔碳黑、導(dǎo)電碳纖維和石墨之間會(huì)出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，石墨雙極板和石墨氈之間電阻越來(lái)越大，導(dǎo)電塑料雙極板會(huì)出現(xiàn)鼓泡、被電腐蝕現(xiàn)象，而造成電池失效。中國(guó)專利申請(qǐng)200810304837公開(kāi)了一種全釩氧化還原液流電池用復(fù)合電極，主要為復(fù)合電極是由三種導(dǎo)電填料(導(dǎo)電乙炔碳黑、導(dǎo)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(dǎo)電板，熱塑性導(dǎo)電板再與石墨氈熱壓復(fù)合而成，石墨氈中的部分導(dǎo)電碳纖維嵌入導(dǎo)電板表面，形成互穿的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，從而提高了產(chǎn)品整體的導(dǎo)電性能。上述該全釩氧化還原液流電池用復(fù)合電極主要缺陷在于導(dǎo)電乙炔碳黑、導(dǎo)電碳纖維和石墨加入到熱塑性聚合物中之后，導(dǎo)電乙炔碳黑、導(dǎo)電碳纖維和石墨之間的每一個(gè)導(dǎo)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(dǎo)電的物質(zhì)，另外，因?yàn)闊崴苄詫?dǎo)電板當(dāng)中的熱塑性聚合物含量較少，也就是粘合物較少，熱塑性導(dǎo)電板與石墨氈熱壓復(fù)合而成的復(fù)合電極結(jié)構(gòu)也不牢固不穩(wěn)定，電池經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的充放電循環(huán)之后，導(dǎo)電乙炔碳黑、導(dǎo)電碳纖維和石墨之間會(huì)出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，導(dǎo)電塑料雙極板會(huì)出現(xiàn)被電腐蝕現(xiàn)象，導(dǎo)電塑料雙極板和 石墨氈之間電阻越來(lái)越大，導(dǎo)電塑料雙極板會(huì)出現(xiàn)被電腐蝕而造成電池失效。
發(fā)明內(nèi)容為了避免石墨氈或碳?xì)峙c雙極板之間的接觸電阻，以及克服非金屬類(lèi)電極在電池使用過(guò)程中出現(xiàn)斷裂而產(chǎn)生電阻增大的缺陷，本實(shí)用新型的目的在于提供一種一體化復(fù)合電極雙極板。本實(shí)用新型的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)—種一體化復(fù)合電極雙極板，由一體化的石墨租/碳租和塑料片組成，塑料片嵌在兩片石墨氈/碳?xì)种虚g，塑料片的長(zhǎng)軸和寬軸均大于石墨氈/碳?xì)值拈L(zhǎng)軸和寬軸。上述一體化復(fù)合電極雙極板的制備方法，是將塑料粒通過(guò)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?xì)种g，閉緊模具，加熱擠壓，塑料片溶入石墨氈/碳?xì)謨?nèi)，冷卻后制得一體化復(fù)合電極雙極板。上述制備方法具體包括以下步驟(I)對(duì)石墨氈/碳?xì)智逑春娓珊筮M(jìn)行電化學(xué)阻極氧化處理或酸處理；將塑料粒通過(guò)加熱擠壓形成軟化狀的塑料片；(2)將兩片石墨氈/碳?xì)址謩e放在的模具A、B板內(nèi)側(cè)，將塑料片放置在兩片石墨氈/碳?xì)种g，然后閉緊模具；(3)將模具內(nèi)部抽真空；(4)將模具及模具內(nèi)的石墨氈/碳?xì)趾退芰掀?60_260°C下恒溫處理6_100分鐘，期間并通過(guò)擠壓機(jī)擠壓模具，處理后塑料片全部溶入石墨氈/碳?xì)謨?nèi)，冷卻后制得一體化復(fù)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(fù)合電極雙極板可應(yīng)用在氧化還原液流儲(chǔ)能電池中。本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果I、本實(shí)用新型的一體化復(fù)合電極雙極板可明顯降低現(xiàn)有的石墨氈/碳?xì)峙c雙極板靠壓緊接觸方式所產(chǎn)生的電阻。2、本實(shí)用新型的一體化復(fù)合電極雙極板是靠石墨氈/碳?xì)譃閷?dǎo)電基體，導(dǎo)電性能顯著提高，較少有導(dǎo)電鏈斷裂現(xiàn)象發(fā)生，機(jī)械性能良好，機(jī)加工容易，可彎曲不易變形，氣密性能良好不會(huì)產(chǎn)生電池串液現(xiàn)象。3、采用本實(shí)用新型方法制備成的一體化復(fù)合電極雙極板能提高全釩氧化液流儲(chǔ)能電池的放電中壓、能量效率以及電池的使用壽命，不會(huì)造成石墨氈或碳?xì)值慕Y(jié)構(gòu)損壞和塑料碳化分解。4、本實(shí)用新型的一體化復(fù)合電極雙極板制備工藝簡(jiǎn)單，導(dǎo)電性能一置，生產(chǎn)容易，不易變形，成品合格率聞，成品合格率可達(dá)98%以上,具有很好實(shí)用和應(yīng)用如景。

圖I是本實(shí)用新型一種一體化復(fù)合電極雙極板的結(jié)構(gòu)示意圖；其中，I-塑料片，2-石墨氈/碳租，3-模具A板，4-模具B板。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例I一種一體化復(fù)合電極雙極板，由以下方法制備得到(I)將PE塑料粒通過(guò)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(nèi)側(cè)，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(nèi)部抽真空；(4)將模具及模具內(nèi)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(guò)擠壓機(jī)擠壓模具，處理后PE塑料片全部溶入石墨氈內(nèi)，冷卻后制得一體化復(fù)合電極雙極板。所制得的一體化復(fù)合電極雙極板的結(jié)構(gòu)如圖I所示，石墨氈2和PE塑料片I已擠壓熔融成一體，塑料片I嵌在兩片石墨氈2中間，塑料片I的長(zhǎng)軸和寬軸均大于石墨氈2的長(zhǎng)軸和寬軸。實(shí)施例2一種一體化復(fù)合電極雙極板，由以下方法制備得到(I)將PE塑料粒通過(guò)加熱擠壓形成軟化狀的塑料片；(2)將兩片6_厚的碳?xì)址謩e放在的模具A、B板內(nèi)側(cè)，將PE塑料片放置在兩片碳?xì)种g，然后閉緊模具；(3)將模具內(nèi)部抽真空；(4)將模具及模具內(nèi)的碳?xì)趾蚉E塑料片在180_190°C下恒溫處理55_70分鐘，期間并通過(guò)擠壓機(jī)擠壓模具，處理后PE塑料片全部溶入碳?xì)謨?nèi)，冷卻后制得一體化復(fù)合電極雙極板。所制得的一體化復(fù)合電極雙極板的結(jié)構(gòu)如圖I所示，碳?xì)?和PE塑料片I已擠壓熔融成一體，塑料片I嵌在兩片碳?xì)?中間，塑料片I的長(zhǎng)軸和寬軸均大于石墨氈2的長(zhǎng)軸和寬軸。[0040]實(shí)施例3一種一體化復(fù)合電極雙極板，由以下方法制備得到(I)將PE塑料粒通過(guò)加熱擠壓形成軟化狀的塑料片；(2)將兩片7_厚的石墨氈分別放在的模具A、B板內(nèi)側(cè)，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(nèi)部抽真空；(4)將模具及模具內(nèi)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(guò)擠壓機(jī)擠壓模具，處理后PE塑料片全部溶入石墨氈內(nèi)，冷卻后制得一體化復(fù)合電極雙極板。所制得的一體化復(fù)合電極雙極板的結(jié)構(gòu)如圖I所示，石墨氈2和PE塑料片I已擠壓熔融成一體，塑料片I嵌在兩片石墨氈2中間，塑料片I的長(zhǎng)軸和寬軸均大于石墨氈2的長(zhǎng)軸和寬軸。實(shí)施例4一種一體化復(fù)合電極雙極板，由以下方法制備得到(I)將PE塑料粒通過(guò)加熱擠壓形成軟化狀的塑料片；(2)將兩片8mm厚的碳?xì)址謩e放在的模具A、B板內(nèi)側(cè)，將PE塑料片放置在兩片碳?xì)种g，然后閉緊模具；(3)將模具內(nèi)部抽真空；(4)將模具及模具內(nèi)的碳?xì)趾蚉E塑料片在220_240°C下恒溫處理25_35分鐘，期間并通過(guò)擠壓機(jī)擠壓模具，處理后PE塑料片全部溶入碳?xì)謨?nèi)，冷卻后制得一體化復(fù)合電極雙極板。所制得的一體化復(fù)合電極雙極板的結(jié)構(gòu)如圖I所示，碳?xì)?和PE塑料片I已擠壓熔融成一體，塑料片I嵌在兩片碳?xì)?中間，塑料片I的長(zhǎng)軸和寬軸均大于石墨氈2的長(zhǎng)軸和寬軸。實(shí)施例5一種一體化復(fù)合電極雙極板，由以下方法制備得到(I)將PE塑料粒通過(guò)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(nèi)側(cè)，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(nèi)部抽真空；(4)將模具及模具內(nèi)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(guò)擠壓機(jī)擠壓模具，處理后PE塑料片全部溶入石墨氈內(nèi)，冷卻后制得一體化復(fù)合電極雙極板。所制得的一體化復(fù)合電極雙極板的結(jié)構(gòu)如圖I所示，石墨氈2和PE塑料片I已擠壓熔融成一體，塑料片I嵌在兩片石墨氈2中間，塑料片I的長(zhǎng)軸和寬軸均大于石墨氈2的長(zhǎng)軸和寬軸。用實(shí)施例3制得的一體化復(fù)合電極雙極板組裝的電池，其充放電性能如表I所示。用導(dǎo)電塑料雙極板組裝的電池，其充放電性能如表2所示。表I 一體化復(fù)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(quán)利要求1.一種一體化復(fù)合電極雙極板，其特征在于是由一體化的石墨氈/碳?xì)趾退芰掀M成，塑料片嵌在兩片石墨氈/碳?xì)种虚g，塑料片的長(zhǎng)軸和寬軸均大于石墨氈/碳?xì)值拈L(zhǎng)軸和寬軸。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種一體化復(fù)合電極雙極板及其制備方法與應(yīng)用，該一體化復(fù)合電極雙極板是由一體化的石墨氈/碳?xì)趾退芰掀M成，塑料片嵌在兩片石墨氈/碳?xì)种虚g，塑料片的長(zhǎng)軸和寬軸均大于石墨氈/碳?xì)值拈L(zhǎng)軸和寬軸。本實(shí)用新型的一體化復(fù)合電極雙極板可明顯降低現(xiàn)有的石墨氈/碳?xì)峙c雙極板靠壓緊接觸方式所產(chǎn)生的電阻；一體化復(fù)合電極雙極板是靠石墨氈/碳?xì)譃閷?dǎo)電基體，導(dǎo)電性能顯著提高，較少有導(dǎo)電鏈斷裂現(xiàn)象發(fā)生，機(jī)械性能良好，機(jī)加工容易，可彎曲不易變形，氣密性能良好不會(huì)產(chǎn)生電池串液現(xiàn)象；采用本實(shí)用新型的一體化復(fù)合電極雙極板能提高全釩氧化液流儲(chǔ)能電池的放電中壓、能量效率以及電池的使用壽命，不會(huì)造成石墨氈或碳?xì)值慕Y(jié)構(gòu)損壞和塑料碳化分解。
文檔編號(hào)H01M4/96GK202384431SQ20112057419
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者黃權(quán)波 申請(qǐng)人:黃權(quán)波