一种液流电池复合双极板及其制备方法与流程

1.本发明属于液流电池双极板制备技术领域，具体涉及一种高密闭、易焊接的液流电池复合双极板及其制备方法。


背景技术：

2.液流电池结构中包含的双极板具有连接单体电池正、负极的作用，也起着分隔电池正极液和负极液的作用，同时，通过设置流道、引流场等方式可将电极反应物通过双极板均匀分配到电极各处。双极板必须是低电阻的良导体，因为较高的电阻容易消耗更多电能同时产生热量。为了有效隔离正、负极反应液，放置正负极短路，因此双极板要具有足够的阻隔性、气密性，对气态、液态物质无渗漏。液流电池往往寿命较长，液流电池电解液常常呈强酸性或强碱性，因此要求双极板具有较高的机械强度、耐老化和耐化学腐蚀性。
3.当前液流电池领域所使用的双极板主要为石墨基双极板和柔性石墨双极板。二者具有导电性好、接触电阻小、稳定性好、耐腐蚀等优点，但也同时具有机械性差、气密性差、焊接难度大等缺点。因此液流电池渗漏往往发生在双极板与其他材料的连接处，而渗漏是制约液流电池发展的一大障碍。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明公开了一种具有良好的导电性、耐腐蚀性、易焊接性、高密闭性的液流电池复合双极板及其制备方法。
5.为达到上述目的，本发明的技术方案如下：本发明的一个目的是提供一种液流电池复合双极板，所述复合双极板中间为导电区，所述复合双极板边缘为绝缘区，导电区和绝缘区之间为过渡区，过渡区将导电区和绝缘区连接，复合双极板由压制好的导电区外圈压制过渡区，在过渡区外圈压制绝缘区加工而成。
6.进一步地，所述复合双极板的厚度为0.1-5mm。
7.进一步地，所述过渡区的材料由导电区的材料和绝缘区的材料复合而成。
8.进一步地，所述导电区的材料主要由导电性材料和树脂复合制备而成；所述导电材料为人造石墨、石墨烯、碳纤维、碳纳米管、导电塑料粒子中的一种或多种；所述树脂为pe、pp、pvdf、ptfe、pa、ps、abs、asa、pc、pmma、pom、pes、peek、pbt中的一种或多种。
9.进一步地，所述绝缘区的材料主要由不导电高分子材料制备而成，所述不导电高分子材料为pe、pp、pvdf、ptfe、pa、ps、abs、asa、pc、pmma、pom、pes、peek、pbt中的一种或多种。
10.本发明的另一个目的是提供一种液流电池复合双极板的制备方法，包先括以下步骤：（1）将树脂、导电材料加入稀释剂中，搅拌混合均匀后，除去稀释剂，施加压力反复压制，裁剪外边框后得到导电区；
（2）将树脂、导电材料和不导电高分子材料混合均匀，得到混合料，将混合料均匀撒在导电区外圈，先常温后升温，施加压力反复压至成型，裁剪外边框后得到含有导电区和过渡区的双极板半成品；（3）将不导电高分子材料均匀分散在双极板半成品外圈，施加压力反复压制，修剪毛边，得到复合双极板。
11.步骤（1）中施加压力压制前还包括石墨烯的喷洒，石墨烯可有效提高制品导电性，增强制品表面光滑度。
12.在施加压力压制时可进行冷压或热压，本领域技术人员根据树脂、导电材料和不导电高分子材料的物理性质进行调整。
13.进一步地，步骤（1）中，所述树脂和导电材料的总重量与稀释剂的重量比为1:2-1:100；所述施加压力为0.5-50mpa。
14.进一步地，所述稀释剂为水、乙醇、甲醇、乙二醇、乙醚、丁二醇、异丙醇、正丁醇、乙腈、乙酸乙酯、苯、甲苯中的一种或多种。
15.进一步地，步骤（2）中，所述树脂与导电材料与不导电高分子材料的质量比为1:1:1-1:10:20，所述施加压力为0.5-50mpa。
16.进一步地，步骤（3）中，所述施加压力为0.5-50mpa。
17.本发明的有益效果为：本发明一种液流电池复合双极板，该双极板具有导电区、绝缘区和过渡区，导电区用于起到导电、隔离、引流的作用，绝缘区用于与其他高分子材料进行焊接保证电池的密闭性，过渡区的材料由导电区材料和绝缘区树脂复合而成，该区域的材料兼顾了导电区和绝缘区材料的特性，加工后既能和导电区材料连接在一起，又能和绝缘区材料连接在一起，过渡区起到桥联导电区和绝缘区的作用。三个区域的存在使得该双极板具有良好的导电性、耐腐蚀性、易焊接性，解决了复合双极板难以与隔膜、电极材料、边框等材料密封连接的技术问题，可有效避免液流电池漏液现象的发生，提高电池使用寿命，降低漏电风险，降低电池封装成本，具有较大商业价值。
18.本发明双极板上存在低电阻、无渗透的高导电区，可有效保证电池组导电性；双极板上存在纯树脂区，便于与膜、电极材料、边框等模块焊接，可有效避免燃料电池、液流电池等漏气、漏液现象的发生，提高电池使用寿命，降低电池封装成本。
19.本发明一种液流电池复合双极板的制备方法，工艺流程简单、成本较低，适合大规模生产。
附图说明
20.图1为本发明复合双极板的结构示意图；附图标识列表：1、导电区；2、过渡区；3、绝缘区。
具体实施方式
21.下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
22.实施例1将300g酚醛树脂用10kg乙醇稀释，加入700g膨胀石墨，充分搅拌混合均匀，将所得浆液状混合物均匀置于压槽中。在真空度120pa下，除去乙醇稀释剂，同时0.5mpa压力下在常温下反复压制，升温至155℃后在0.5mpa压力下再次反复压制，导电板使导电板初步成型，裁剪外边框。将30g酚醛树脂、70g膨胀石墨、100g聚乙烯粉充分混合均匀，均匀撒在导电板外圈，放入压机，于155℃、2mpa压力下反复压制成型，修剪外边框，得双极板半成品。将100g聚乙烯粉均匀分散在半成品双极板外边缘，于165℃、10mpa压力反复多次压制，修剪毛边，得极板成品。经测试，双极板厚度为0.5mm，双极板导电区呈黑色电阻为0.02ω/cm2，双极板外边框呈白色绝缘不导电。
23.实施例2将100gpvdf与400g膨胀石墨充分混合，加入1100g乙醇继续搅拌混合均匀，得微湿糊状固体，将其均匀分布在压槽中，向其表面均匀喷涂20g石墨烯，逐步升温至200℃干燥20min。在200℃、50mpa压力下反复压制导电板使导电板初步成型，裁剪外边框。将20gpvdf树脂、80g膨胀石墨、100gpp粉充分混合均匀，均匀撒在导电板外圈，放入压机在180℃、50mpa压力下反复压制成型，修剪外边框，得双极板半成品。将100gpp粉均匀分散在半成品双极板外边缘，180℃、高压50mpa反复多次压制，修剪毛边，得极板成品。经测试，双极板厚度为0.38mm，双极板导电区呈黑色电阻为0.008ω/cm2，双极板外边框呈乳白色绝缘不导电。
24.实施例3均匀铺开碳纤维布，将150gpe粉末、400g石墨粉充分混合，均匀分散于碳纤维布两侧，轻轻压平，喷洒600g苯于样品表面，使液体浸湿，再次压平，静置1小时，逐步升温至90℃，微负压捕集气体。在90℃、50mpa压力下反复压制导电板，过程中微负压捕集气体。裁剪导电板粗品外边框。将120gpe树脂、80g石墨粉充分混合均匀，均匀撒在导电板外圈，放入压机在80℃、50mpa压力下反复压制成型，过程中微负压捕集气体，修剪外边框，得双极板半成品。将100gpe粉均匀分散在半成品双极板外边缘，80℃、高压50mpa反复多次压制，修剪毛边，得极板成品。经测试，双极板厚度为0.4mm，双极板导电区呈黑色电阻为0.022ω/cm2，双极板外边框呈乳白色绝缘不导电。
25.性能测试裁剪mm厚白色pp板框，采用二氧化碳激光（40w），焊接速度0.8m/min，将其与实施例2所得双极板外边框严密焊接在一起。反复敲打，双极板与pp板框紧密相连。在万能拉伸试验机上进行拉伸试验，测得焊缝最大拉断力343n。
26.需要说明的是，以上内容仅仅说明了本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰均落入本发明权利要求书的保护范围之内。