[发明专利]抗形变的锌溴液流电池极板及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种抗形变的锌溴液流电池极板及其制备方法，属于锌溴液流电池技术领域。

背景技术

目前，在独立的能源系统如分布式能源系统中所用的蓄电池通常是铅酸电池，而铅酸电池不论是自身性能还是对环境而言都存在着致命的缺陷，比如铅酸电池在炎热的气候环境中通常寿命很短，尤其在深度放电时更加严重；同时，铅酸电池亦对环境有害，因为它的主要成分之一为铅，在生产和弃置时可能引致严重的环境问题。

液流电解质电池，例如锌溴电池、全钒液流电池等可以克服上述铅酸电池的缺点，具有循环寿命长，环境友好的特点。特别地，液流电解质电池可以实现深度放电，且电池的能量密度是铅酸电池的数倍。

液流电池和铅酸电池一样，均以一组电池串联（或并联）以提供高过单独电池电压的某个电压，但跟铅酸电池不同的是，液流电解质电池的单个电池之间是通过电解液循环路径连接的。氧化还原液流电池是一种将能量储存在溶液中的电化学系统。正负半电池由隔膜分开，两侧电解液分别为正负极溶液，在动力泵的作用下，电解液在储液罐和电池构成的闭合回路中进行循环流动。氧化还原反应电极对间的电势差是发生反应的动力。

锌溴液流电池是通过循环液流来连接传导的，同时电解液流也是能量储存及转换的主要介质，因此电解液在电池结构中的流畅循环及覆盖状况就成为影响电池性能的主要因素。

锌溴液流电池电解液具有一定的腐蚀性，电解液的长期循环浸泡对于电池内部结构有一定的腐蚀溶胀作用，这种作用长时间存在不可避免的会造成内部极板及隔膜的变形，变形后的极板及隔膜会对电池内部液流形成阻碍作用，从而严重影响电池利用率；随着电池的运行，变形逐渐恶化，电池效率也逐渐下降。

众所周知，电解液受反应机理限制是不可能有过大变化来减弱自身的腐蚀作用的，因而比较行之有效的方式就是优化电池极板及隔膜材料配方，使其耐腐蚀抗形变能力增强。

依照上述分析可知，正负半电池的电极材料必须满足电池正常运行的需求，既应具有良好的电导性（即体电阻率），同时又应具有长时间稳定的耐电解液腐蚀及溶胀的性质。经过考量，我们选取常规的PE导电塑料基电极材料，该电极材料相对较为稳定。

PE导电塑料极板的主要组分是PE基体材料和石墨、炭黑等常用导电填充材料。单纯的PE基材的抗溶剂性较强，电解液浸泡不易形变，但制备成导电塑料极板后抗形变能力明显下降，这说明导电添加剂的填充对于极板性能的影响是很大的。因此，本发明的目标就是通过导电添加剂的选取及比例调节来优化极板抗形变能力。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种抗形变的锌溴液流电池极板及其制备方法。本发明通过在常用的导电添加剂中添加适量碳纳米管和碳纤维粉末，使得锌溴液流电池极板的自身耐腐蚀抗形变能力显著增强。

本发明采用的技术方案：一种抗形变的锌溴液流电池极板，按重量份计算，它是由PE基材65-75份与导电添加剂35-25份制成的，所述的导电添加剂由导电炭黑5-10份、石墨5-10份、碳纳米管1-5份和碳纤维粉末10-16份组成。

前述的锌溴液流电池极板中，优选的导电添加剂为30份，由导电炭黑7份、石墨7份、碳纳米管3份和碳纤维粉末13份组成；PE基材优选为70份。

前述的锌溴液流电池极板中，所述的PE基材为质量比1:2的LLDPE和HDPE。该PE基材本身具有良好的耐溶剂性能。

如上所述抗形变的锌溴液流电池极板的制备方法包括以下步骤：

（1）按比例称取导电炭黑、石墨、碳纳米管和碳纤维粉末，采用旋转搅拌方式预混至均匀，作为导电添加剂；

（2）按比例称取PE基材，加入导电添加剂中进行二次搅拌至混匀，得混合料；

（3）将混合料喂入同向双螺杆挤出机，进行热熔混炼挤出，压延成型、剪切即得。

前述制备方法的步骤（3）中，挤出温度为170-250℃，优选为200-210℃；挤出压力为10-20Mpa，优选为15-20Mpa；挤出机转速为200-300rpm，优选为250-300rpm。

前述制备方法的步骤（3）中，熔体物料采用衣架式“T”型模头挤出片材，经压延辊冷却压延成型，极板厚度控制在1-1.2mm；压延辊温度为60-100℃，辊速控制在线速度2-6m/min。“T”型模头内部流道也呈“T”字型，熔体物料自进料端进入模头后经“T”型流道可均匀扩散开，然后从模口挤出，能有效控制出料厚度的均匀性。