[发明专利]一体化复合电极双极板及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于氧化还原液流储能电池技术领域，具体涉及一种氧化还原液流储能电池用的一体化复合电极双极板及其制备方法与应用。

背景技术

电能是现代社会人类生活、生产必不可缺的二次能源，随着社会经济发展和人民的生活水平不断提高，人们对电力需求也日益增加。由于电力需求昼夜、季节相差很大，但发电厂的建设必须与高峰用电相匹配，投资大利用率较低，且对周边的环境和生态平衡有较大的影响。因些，必须不断发展各类电站及输配电系统以满足生活和生产对电力的需求，为充分利用各类发电系统并实现稳定供电，开发大规模高效蓄电技术极为重要。大规模高效液流蓄电系统的应用领域首先是与风能、太阳能等可再生能源发电系统配套使用，使其稳定供电；其次是火力发电及核电的电网调峰，特别适合直流用电大户储存“谷电”；还可用作自然灾害、战争等非常时期的应急电源，重要军事基地的备用电站。

氧化还原液流储能电池和其他化学储能电池相比较具有很多优点，具体有：电池使用寿命高，功率和容量可按需求自由组合而且相互独立，深度放电不会损坏电池。氧化还原液流储能电池是一种新型的化学还原储能电池，以电解液中的不同介态金属离子作为电池正极和负极活性物质，正极和负极的电解液分开储存，通过电泵将正极电解液和负极电解液泵入电池石墨毡内完成氧化还原反应后，流回到储存容器内。从氧化还原液流储能电池的工作原理来看，氧化还原液流储能电池具备大规模高效蓄电的优势。

根据氧化还原液流储能电池的工作原理来看，双极板和石墨毡是氧化还原液流储能电池极为重要的关键材料，双极板的作用是要隔绝正负极电解液同时传导电流，石墨毡或碳毡是在全钒氧化还原液流储能电池中具有较好的电化学活性和可逆性。由于电解液为强酸及强氧化性溶液，因此，双极板和石墨毡要有极好的导电性和耐腐蚀性，双极板应该既有石墨板的导电性，也有塑料的柔软可弯曲性；而且非常耐腐蚀，在充放电过程中不会和电解液产生任何的电化学腐蚀，不会产生任何串液、漏液的问题。目前全钒氧化还原液流电池用的双极板主要有：石墨双极板、导电塑料双极板和一体化复合电极双极板。

石墨双极板和石墨毡的连接方式是靠压紧在一起的方式，就算能粘接为一体也很容易分离开，石墨双极板和石墨毡在电泵同样的压力下，就会形成接触隙缝而产生电阻，电池经过一段时间的充放电循环之后，石墨板正极出现被腐蚀现象，在石墨板表面涂抹上聚苯胺，可以防止石墨板出现被腐蚀，但因为聚苯胺与石墨板不能溶合为一个整体，经过一段时间的充放电循环之后，聚苯胺涂层会与石墨板表面分离开、剥落，石墨双极板和石墨毡之间电阻越来越大，石墨板会出现机械瓦解而造成电池失效；另外，石墨板加工极其复杂很难做大的尺寸，而且加工效率很低价格又极其昂贵。

导电塑料双极板和石墨毡的连接方式是靠压紧在一起的方式，就算能粘接为一体也很容易分离开，导电塑料双极板的主要导电填料为导电乙炔碳黑、导电碳纤维和石墨，导电乙炔碳黑、导电碳纤维和石墨加入到热塑性聚合物中之后，导电乙炔碳黑、导电碳纤维和石墨之间的每一个导电份子是靠热塑性聚合物粘合在一起，而热塑性聚合物是不导电的物质，因此，电池经过一段时间的充放电循环之后，导电乙炔碳黑、导电碳纤维和石墨之间会出现断裂现象，石墨双极板和石墨毡之间电阻越来越大，导电塑料双极板会出现鼓泡、被电腐蚀现象，而造成电池失效。

中国专利申请200810304837公开了一种全钒氧化还原液流电池用复合电极，主要为复合电极是由三种导电填料(导电乙炔碳黑、导电碳纤维和石墨)加入到热塑性聚合物中制备得到热塑性导电板，热塑性导电板再与石墨毡热压复合而成，石墨毡中的部分导电碳纤维嵌入导电板表面，形成互穿的导电网络，从而提高了产品整体的导电性能。上述该全钒氧化还原液流电池用复合电极主要缺陷在于：导电乙炔碳黑、导电碳纤维和石墨加入到热塑性聚合物中之后，导电乙炔碳黑、导电碳纤维和石墨之间的每一个导电份子是靠热塑性聚合物粘合在一起，而热塑性聚合物是不导电的物质，另外，因为热塑性导电板当中的热塑性聚合物含量较少，也就是粘合物较少，热塑性导电板与石墨毡热压复合而成的复合电极结构也不牢固不稳定，电池经过一段时间的充放电循环之后，导电乙炔碳黑、导电碳纤维和石墨之间会出现断裂现象，导电塑料双极板会出现被电腐蚀现象，导电塑料双极板和石墨毡之间电阻越来越大，导电塑料双极板会出现被电腐蚀而造成电池失效。

发明内容

为了避免石墨毡或碳毡与双极板之间的接触电阻，以及克服非金属类电极在电池使用过程中出现断裂而产生电阻增大的缺陷，本发明的首要目的在于提供一种一体化复合电极双极板。