本發(fā)明涉及液流電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種液流電池用雙極板及其制備方法。

（二）

背景技術(shù)：

全釩液流電池是一種大規(guī)模儲能技術(shù)。當風能、太陽能燈可再生能源發(fā)電大規(guī)模并網(wǎng)使用時，利用全釩液流電池能夠快速吸收“剩余能量”或補充“功率缺額”。將全釩液流電池與風力和光伏發(fā)電系統(tǒng)配合使用，不僅克服了風電和光伏波動性和間歇性對電網(wǎng)帶來的不利影響，從而保證了電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性，又可以為電網(wǎng)提供無功支持，提高電能質(zhì)量，可以有效的調(diào)節(jié)和控制系統(tǒng)的電壓和頻率，是的不可調(diào)度的電能變得可調(diào)度化，一定程度上促進了風電和光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

雙極板要求化學穩(wěn)定性好，機械強度高，不透水性好，制造成本低及工作壽命長。目前全釩液流電池采用的多為石墨板和碳塑板。石墨板的優(yōu)點是導電率高，不透水性好，具有一定的機械強度；但是，石墨板也存在一些缺點，比如密封性差，由于工藝制造的限制，大尺寸的石墨板制作難度大，機械性能差，重量大，成本高，長期高電流密度使用下，石墨板表面會出現(xiàn)腐蝕的現(xiàn)象。導電塑料板的優(yōu)點是重量輕、大尺寸制作成本低、化學穩(wěn)定性好、易于密封；但是塑料板與碳氈的接觸電阻大，電導率相較于石墨板低。

（三）

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了彌補現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種耐腐蝕、強度高、導電性好的液流電池用雙極板及其制備方法。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種液流電池用雙極板，其特征在于：所述雙極板由下到上依次由五層結(jié)構(gòu)復合而成，分別為石墨氈/碳氈、多孔結(jié)構(gòu)碳素/金屬基材、高分子聚合物材料、多孔結(jié)構(gòu)碳素/金屬基材、石墨氈/碳氈。

本發(fā)明的更優(yōu)技術(shù)方案為：

所述多孔結(jié)構(gòu)碳素/金屬基材為石墨氈、碳氈、碳纖維紙、碳布、泡沫銅或泡沫鎳。

所述高分子聚合物材料為聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、尼龍、聚吡咯、聚碳酸酯和聚苯胺中的一種或幾種。

本發(fā)明所述的液流電池用雙極板的制備方法，包括如下步驟：

（1）將高分子聚合物材料制成平板，置于上下兩層多孔結(jié)構(gòu)碳素/金屬基材之間，得到復合結(jié)構(gòu)；

（2）將步驟（1）得到的復合結(jié)構(gòu)放入預加熱到80-120℃的模具中，閉合上下磨具，然后將模具溫度升至120-180℃，保溫10-30min；

（3）將磨具冷卻到50-80℃，打開磨具，取出高分子聚合物材料復合板；

（4）將石墨氈/碳氈放在濃硫酸中處理，然后用去離子水洗凈，置于馬弗爐中，于180-300℃下烘烤4-6h后取出待用；

（5）將復合板置于夾具中，將兩片石墨氈/碳氈鋪設(shè)在復合板上下表面，置于磨具中，加熱到100-150℃，壓力合膜，得到一體化雙極板產(chǎn)品。

本發(fā)明的雙極板共由五層結(jié)構(gòu)組成，其制備分為兩個步驟：1.通過金字模壓的方法合成上下兩層為多孔結(jié)構(gòu)碳素/金屬基材、中間夾層為高分子聚合物材料的復合板；2.通過熱壓的方式把石墨氈/碳氈金牙在步驟1所得的復合板兩側(cè)形成最終的一體化雙極板。本發(fā)明中多孔結(jié)構(gòu)碳素/金屬基材不僅在塑料中形成導電網(wǎng)絡(luò)，并且形成骨架大大增強了雙極板的機械強度。

其優(yōu)選的技術(shù)方案為：

步驟（1）中，高分子聚合物材料和多孔結(jié)構(gòu)碳素/金屬基材的質(zhì)量比為60-90%：40-10%。

步驟（2）中，閉合上下模具后，模具溫度為120-180℃，壓力為30-50MPa下保溫。

步驟（3）中，模具冷卻方法為液氮冷卻或冷卻水冷卻。

步驟（4）中，石墨氈/碳氈的厚度為3-8mm，濃硫酸的質(zhì)量濃度為70-98%，石墨氈/碳氈在濃硫酸中的處理時間為4-8h。

步驟（5）中，合膜壓力為30-50MPa，保持時間為0-30min。

本發(fā)明工藝簡單，制作成本低，使用壽命長，滿足了全釩液流電池幾班耐酸腐、無滲漏、強度高、柔韌性及拉伸性能良好、導電性佳的要求，增加了電極板的強度、比表面積、導電性，并降低了電阻率。

（四）附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。

圖1為本發(fā)明復合結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明復合結(jié)構(gòu)的加工狀態(tài)示意圖；

圖3為本發(fā)明復合板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明雙極板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1高分子聚合物材料，2多孔結(jié)構(gòu)碳素/金屬基材，3復合板，4上模具，5下模具，6石墨氈/碳氈。

（五）具體實施方式

下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。

實施例1：

一種液流電池用雙極板，由以下方法制備得到：

（1）將聚乙烯改性塑料和1mm的泡沫鎳按一定的重量比70%：30%進行配置，并且將聚乙烯改性塑料制成2mm的平板，置于上下兩層泡沫鎳之間；

（2）將步驟（1）中得到的兩層泡沫鎳之間夾聚乙烯改性塑料板一起放入定制化的預加熱到120℃的模具中；閉合上下模具，然后將模具溫度加熱到150℃，并且保持溫度，施加30MPa的壓力持續(xù)20min；

（3）將步驟（2）中的模具冷卻到80℃，打開模具，取出聚乙烯改性塑料復合板；

（4）將6mm的釩電池用石墨氈放在70%的濃硫酸中處理8h后用去離子水洗凈，然后放到馬弗爐中，在溫度為300℃下烘烤4h后取出待用；

（5）將聚乙烯改性塑料復合板放置于定制的夾具中，然后把兩片6mm石墨氈和聚乙烯改性塑料復合板，放置于定制的模具中，加熱到150℃的溫度，從上下兩個方向以30MPa的壓力合模，保持10min，使上下兩片石墨氈粘接到復合板的兩側(cè)，得到最終的一體化雙極板。

實施例2：

一種液流電池用雙極板，由以下方法制備得到：

（1）將聚丙烯腈改性塑料和1mm的碳氈按一定的重量比80%：20%進行配置，并且將聚丙烯腈改性塑料制成2mm的平板，置于上下兩層碳氈之間；

（2）將步驟（1）中得到的兩層碳氈之間夾聚丙烯腈改性塑料板一起放入定制化的預加熱到100℃的模具中。閉合上下模具，然后將模具溫度加熱到180℃，并且保持溫度，施加40MPa的壓力持續(xù)10min；

（3）將步驟（2）中的模具冷卻到60℃，打開模具，取出聚乙烯改性塑料復合板；

（4）將8mm的釩電池用石墨氈放在80%的濃硫酸中處理6h后用去離子水洗凈，然后放到馬弗爐中，在溫度為180℃下烘烤6h后取出待用；

（5）將聚丙烯腈改性塑料復合板放置于定制的夾具中，然后把兩片8mm石墨氈和聚丙烯腈改性塑料復合板，放置于定制的模具中，加熱到100℃的溫度，從上下兩個方向以50MPa的壓力合模，保持30min，使上下兩片石墨氈粘接到復合板的兩側(cè)，得到最終的一體化雙極板。

實施例3：

一種液流電池用雙極板，由以下方法制備得到：

（1）將聚吡咯改性塑料和1mm的泡沫銅按一定的重量比80%：20%進行配置，并且將聚吡咯改性塑料制成2mm的平板，置于上下兩層泡沫銅之間；

（2）將步驟（1）中得到的兩層泡沫銅之間夾聚吡咯改性塑料板一起放入定制化的預加熱到80℃的模具中。閉合上下模具，然后將模具溫度加熱到120℃，并且保持溫度，施加50MPa的壓力持續(xù)30min；

（3）將步驟（2）中的模具冷卻到70℃，打開模具，取出聚乙烯改性塑料復合板；

（4）將5mm的釩電池用碳氈放在90%的濃硫酸中處理4h后用去離子水洗凈，然后放到馬弗爐中，在溫度為240℃下烘烤5h后取出待用；

（5）將聚吡咯改性塑料復合板放置于定制的夾具中，然后把兩片6mm碳氈和聚吡咯改性塑料復合板，放置于定制的模具中，加熱到120℃的溫度，從上下兩個方向以40MPa的壓力合模，保持20min，使上下兩片碳氈粘接到復合板的兩側(cè)，得到最終的一體化雙極板。

本發(fā)明提供的全釩液流電池用雙極板的制備方法，采用高分子聚合物材料和多孔結(jié)構(gòu)碳素/金屬基材，通過浸漬模壓的方法制得的復合雙極板具有低電阻率、高導電特性的復合材料，經(jīng)檢測體積電阻率在1.0Ωcm以下。它既有高分子材料耐腐蝕性和耐久性的特性，在制備過程中又具有成本低，易成型的特性，用本發(fā)明裝配的5kw全釩液流電池電堆在40mA/cm²電流密下，充放電性能為電流效率90%，電壓效率在80%，能量效率80%，電解液利用率85%。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的全釩液流電池用復合雙極板的制備方法，用導電多孔材料為基體，形成導電網(wǎng)絡(luò)，通過浸漬模壓的方法制作成一體化雙極板，從而減小了石墨氈/碳氈與導電板之間的接觸電阻，以滿足全釩液流電池用雙極板的要求。

對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。