[发明专利]一种钒电池用导电塑料双极板的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于能量储存领域，涉及电池材料的制造，特别是一种钒电池用导电塑料双极板的制备方法。

背景技术

全钒氧化还原液流电池是一种新型的储能装置，其由电堆、正负电解液储槽及其他辅助控制装置组成。其能量以正负极电解液的形式储存，充放电过程中，在离子交换膜的两侧分别发生氧化反应和还原反应：

正极反应：E₀＝1.00V

负极反应：V³⁺+e^-→V²⁺   E₀＝-0.26V

全钒氧化还原液流电池具有特殊的电池结构，可实现深度大电流密度放电，其能量高，价格低廉。并且，它的制造、使用及废弃过程均不产生有害物质。所以，它的应用领域广阔，可为大厦、机场等场所提供备用电源，可作为太阳能、光伏发电系统的配套储能装置，也可用于电网调峰等。

据申请人所知，双极板是制造全钒氧化还原液流电池的关键材料之一，目前，常用的双极板有金属基双极板、石墨类双极板以及导电塑料类双极板。例如中国专利文献(专利申请号：200610129486.4)公开的《一种带有表面涂层的燃料电池金属双极板》，其结构包括金属基体，其特点是：所述金属基体表面设置有氮化铬涂层；所述氮化铬涂层厚度为0.5μm-10μm；所述氮化铬涂层为致密、无针孔的薄膜。该金属双极板采用离子束表面改性技术，在基体表面形成一层薄膜，以保持基体的形状和精度；并要求涂层与基体间的结合力高、力求做到涂层均匀致密，从而使这种双极板在燃料电池工作电位范围内具有较长的稳定性和良好的机械特性。由于该发明对于薄膜的要求较高，导致生产工艺相对复杂。

中国专利文献(专利申请号：200310108021.7)公开了《一种燃料电池石墨极板的制造方法》，其是采用热压力模压一次成型，将预先按比例拌匀的石墨粉和树脂混合，放入已经预热的模具中，热压力模压成型，石墨粉和树脂的混合比例为1∶0.15～0.4；为改善成型质量，还可在树脂中加入固化剂和稀释剂。该发明能够增加极板的导电性，但其成本较高。

申请人在认真地分析和研究现有的双极板及极板的制造和使用基本情况后认为，金属基极板由于耐腐蚀的原因，目前尚未大规模应用，石墨双极板虽已得到应用，但还存在正极侧有刻蚀现象以及机械强度差的缺点。而导电塑料的应用正在悄然兴起，这是由于导电塑料本身就具有密度小，加工成型容易，成本低，适合大规模连续生产等一些引人注目的特点，因此，导电塑料双极板正在成为同行业研究的热点，但其自身存在导电性差的缺点，需要采取有效的技术措施和工艺方法认真地加以改进和克服。

据有关资料介绍，为了提高导电塑料极板的导电性能，在传统导电塑料极板制备过程中，往往会添加大量的导电碳黑，这不仅损害导电塑料极板的机械性能，而且在钒电池过充的情况下，作为正极的导电塑料极板表面会发生无定形碳黑流失现象，从而造成极板的体积电阻增大。并且，当钒电池循环运行时间比较长时，正极侧的导电塑料极板会出现鼓包甚至分层的现象，严重影响钒电池的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是，针对现有技术的不足，进行研究和改进，提出一种钒电池用导电塑料双极板的制备方法，通过本发明制备的双极板，可以克服常规导电塑料双极板导电性能的不足，并提高双极板的寿命及机械性能。

本发明的技术解决方案是：采用高分子树脂和导电碳黑作为制作导电塑料双极板的原料，在高分子树脂中加入导电碳黑，形成高分子树脂与导电碳黑的混合物，其特征在于，采用金属粉末，制作金属微粒悬浮液，在高分子树脂与导电碳黑的混合物中，掺杂由金属粉末制作的金属微粒悬浮液，构成制作导电塑料基体的物料，再通过模具压制成型制备导电塑料双极板，具体步骤是：

1)在高分子树脂加入导电碳黑，按重量比进行混合配制，经充分混合，搅拌均匀，形成高分子树脂与导电碳黑的混合物；

2)根据要求采用的导电塑料类型及用量配制金属微粒悬浮液：先选择合适的金属微粒类型，再称取适量金属粉末，往金属粉末中加入液态表面改性剂，充分搅拌，形成金属微粒悬浮液；

3)将高分子树脂与导电碳黑的混合物同掺杂的金属微粒悬浮液充分混合，搅拌均匀，使高分子树脂与导电碳黑及金属微粒能够均匀溶合在一起，构成制作导电塑料基体的物料；

4)再将构成制作导电塑料基体的物料搅拌均匀后，置于固定漏斗中进行抽滤，并置于烘箱中烘干；

5)构成制作导电塑料基体的物料烘干后，再置于特定型的模具中模压成型，制备成导电塑料双极板。