[发明专利]一种全钒液流电池用金属复合双极板及其制备方法

说明书

本发明涉及双极板制备领域，特别是一种全钒液流电池用金属复合双极板及其制备方法。金属复合双极板由金属主体结构和表面防腐功能层组成，金属主体结构赋予双极板良好的导电性、气密性和机械性，表面防腐功能层赋予双极板良好的耐蚀性和界面接触性。上述金属主体结构和表面防腐功能层通过热喷涂、冷喷涂、高温压制及涂覆等工艺结合成有机整体。本金属复合双极板显示出极高的电子导电性，同时兼具良好的强度、耐蚀性和加工性，且制备工艺较简单、原料成本低，易于实现规模化生产。

技术领域

本发明涉及双极板制备领域，特别是一种全钒液流电池用金属复合双极板及其制备方法。

背景技术

全钒氧化还原全钒液流电池是一种环保及大容量可深度充放电的储能电池。该电池不仅可以作为太阳能、风能等可再生能源的发电系统配套储能设备，而且还可以作为电网的调峰装置，提高输电质量，保障电网安全，已在日本、美国、加拿大和澳大利亚等国得到示范运行。

双极板也称为集流板，是全钒液流电池堆的关键材料之一。它主要是收集电流、分隔氧化剂与还原剂，并将反应物均匀分配在电极各处。为了提高电堆的能量密度，全钒液流电池组一般按压滤机方式组装，所用双极板须具有如下性能：(1)实现单池之间电的联接，必须由导电良好的材料构成；(2)电极活性材料通过由双极板、密封件等构成的公用孔道，经各个单池的进液管导入各个单池，并由流场均匀分配到电极各处；(3)由于正、负极活性材料不同，要求双极板具有极高的阻隔性，即必须无孔；(4)全钒液流电池环境下，构成双极板的材料必须耐腐蚀，以实现电池组的寿命目标，一般为8～15年；(5)双极板必须是热的良导体；(6)为了方便大规模推广，双极板的原料成本和制备成本必须很低。

目前，研究者开发导电塑料双极板、石墨双极板及金属双极板。导电塑料双极板的导电性和机械强度间存在难以调和的矛盾，难于获得综合性能优异的双极板；石墨双极板的生产工艺相对非常复杂，造成其制备成本较高，在大规模储能电堆领域难以推广；金属双极板具有良好的导电性、气密性、机械性及加工性等优势，但是耐化学腐蚀性差是限制其广泛应用的瓶颈问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全钒液流电池用金属复合双极板及其制备方法。该双极板的金属主体结构赋予双极板良好的导电性、气密性和机械性，表面防腐功能层赋予双极板良好的耐蚀性和界面接触性。主要通过热喷涂、冷喷涂或高温压制等工艺保证金属主体结构与防腐功能层结合成有机整体。本复合双极板具有极高的电子导电性，同时兼具良好的强度、耐蚀性和加工性。

本发明的技术方案是：

一种全钒液流电池用金属复合双极板，复合双极板主要包括高导电性金属板以及在金属板表面利用包覆工艺制备的一层防腐功能层，其中：

高导电性金属板为电子的优良导体，构成材料为不锈钢板、钛板、锌板、铝合金板或钛合金板，金属板的厚度为0.2mm～5mm；

防腐功能层为致密结构，具有导电性，同时具有阻隔气体、液体分子的特性，构成材料为不锈钢粉、钛粉、镍粉、石墨烯、碳纳米管、聚吡咯、聚苯硫醚、聚苯胺或聚噻吩，功能层厚度为50μm～2000μm。

所述的全钒液流电池用金属复合双极板，包覆工艺为能够使一种材料在金属板表面良好粘合的工艺，该工艺为热喷涂、冷喷涂、热压、磁控溅射或涂覆。

所述的全钒液流电池用金属复合双极板，金属板与防腐功能层间的键合方式为化学键合、物理吸附或两种方式的混合。

所述的全钒液流电池用金属复合双极板，防腐功能层避免复合双极板被腐蚀，双极板面临的腐蚀为能够降低双极板性能，尤其是导电性和气密性的破坏行为，主要包括化学腐蚀、电化学腐蚀或生物腐蚀。

所述的全钒液流电池用金属复合双极板，金属板发挥导电性、气密性及机械性，机械性为双极板的抗拉机械强度和抗弯机械强度，其中抗拉机械强度大于50MPa，抗弯机械强度大于30MPa。