[发明专利]钒电池双极板及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于钒电池技术领域，特别是涉及一种钒电池双极板及其制备方法与应用。

背景技术

钒电池具有容量大、可深度充放、响应快、选址灵活、成本低等特点，非常适合风电、光伏等间歇能源的储能以及电网调峰、离网供电等应用场合。钒电池堆中的双极板主要起串联电池、传导电子、分隔正负极电解液的作用。由于钒电池的正负极电解液是高浓度的钒离子与硫酸的混合液，具有较强的腐蚀性，特别是正极电解液；另外，双极板材料亦要保证在电池的运行电压下不发生电化学反应，因此，钒电池双极板需要具备耐化学腐蚀、电化学性质稳定等特点。目前，最适于制作钒电池双极板的材料主要是导电性高、惰性好的碳素材料，比如高密度石墨板、导电树脂板、碳塑复合板等。

日本三菱油化株式会社采用挤压成卷成型的方法制作导电树脂板，并应用于百KW级的钒电池系统中，运行结果表明，该方法制作的导电树脂板厚度均匀、导电性高、机械强度高，完全适用于制作钒电池电堆。然而，该方法要求设备规模化、自动化、精度高，并且溶融导电树脂的配制技术要求很高，技术方案高度保密，目前规模化生产导电树脂板的技术仍然掌握于少数企业。

另外，高密度石墨板、导电树脂板等价格均较高，在钒电池堆建造成本中可达30％，仅次于离子交换膜。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钒电池双极板及其制备方法与应用。

本发明提供的制备钒电池双极板的方法，包括如下步骤：

1)将柔性石墨板置于热固性树脂的有机溶液中进行浸渍，得到浸渍后的柔性石墨板；

2)将所述浸渍后的柔性石墨板干燥后进行固化，得到固化后的柔性石墨板；

3)将所述固化后的柔性石墨板进行压制，得到压制后的柔性石墨板；

4)将所述压制后的柔性石墨板进行炭化，得到炭化后的柔性石墨板；

5)将所述炭化后的柔性石墨板进行压制，得到所述钒电池双极板。

上述制备方法的步骤1)中，所述热固性树脂为环氧树脂和酚醛树脂中的至少一种，所述热固性树脂的数均分子量为200～2000g/mol，各种市售的上述分子量范围内的环氧树脂和酚醛树脂均适用于该方法；所述热固性树脂的有机溶液中，有机溶剂选自甲醇和乙醇中的至少一种；所述热固性树脂的有机溶液的质量百分浓度为10～40％，优选30％；浸渍步骤中，温度为所述有机溶液中有机溶剂的沸点，时间为1～4小时，优选3小时；

所述步骤2)干燥步骤中，温度为20～30℃，时间为12～36小时；所述固化步骤中，温度为120-200℃，优选150℃，时间为0.5～2小时，优选1小时；

所述步骤3)压制步骤中，压力为30-80MPa，优选60MPa，时间为10～20分钟，优选15分钟；

所述步骤4)炭化步骤是将所述压制后的柔性石墨板依次经过升温A、保温B、升温C、保温D、升温E、保温F和自然降温H步骤，得到所述炭化后的柔性石墨板；

所述升温A步骤中，起始温度为5～30℃，升温速率为1-5℃/min；

所述保温B步骤中，温度为200-350℃，时间为20-90分钟；

所述升温C步骤中，升温速率为0.5-2℃/min；

所述保温D步骤中，温度为400-700℃，时间为20-90分钟；

所述升温E步骤中，升温速率为1.5-4.5℃/min；

所述保温F步骤中，温度为750-1000℃，时间为20-90分钟；

所述自然降温H步骤中，终温度为5～30℃。

所述步骤5)压制步骤中，压力为10-60MPa，优选30MPa，时间为10～20分钟，优选15分钟。

本发明提供的上述钒电池双极板可按照下述方法a-方法c中的任意一种方法制备而得；

所述方法a为：将所述柔性石墨板置于质量百分浓度为30％、数均分子量为800g/mol的酚醛树脂的甲醇溶液中煮沸浸渍3小时，20～30℃下干燥24小时，在180℃下固化1小时后，在50Mpa压力下压制15分钟，将所述压制后的柔性石墨板于氮气气氛中进行炭化，炭化程序如下：5～30℃下，以2℃/min升温至300℃，保温20分钟，以0.75℃/min升温至600℃，保温30分钟，以2℃/min升温至850℃，保温30分钟，自然冷却至5～30℃后，在20Mpa压力下压制15分钟，得到所述钒电池双极板；