[发明专利]用于全钒液流电池的导电塑料及制备方法

说明书

本发明属于全钒液流电池双极板材料技术领域，具体涉及用于全钒液流电池的导电塑料及制备方法。本发明所解决的技术问题是提供用于全钒液流电池的导电塑料及制备方法。该用于全钒液流电池的导电塑料是将20‑40份膨胀石墨与6‑10份马来酸酐接枝聚烯烃混合后，再与50‑80份聚烯烃熔融共混，挤出造粒，制得。该导电塑料制备的双极板的电阻率为108‑437mΩ·cm，弯曲强度为33‑39MPa，抗拉强度为27‑31MPa。

技术领域

本发明属于全钒液流电池双极板材料技术领域，具体涉及用于全钒液流电池的导电塑料及制备方法。

背景技术

随着全球能源的革命，可再生清洁能源的利用比例逐渐增加。尤其是“双碳”目标的提出，更加要求我们使用绿色清洁的能源。风能和太阳能是发展最快的可再生能源。但是其在利用时会受到外部环境因素的限制，导致电力输出的不稳定与不连续，这种非稳态的特性会对电网产生较大的冲击，降低了新能源发电的性价比。因此，需要在电网中配置相应的储能设备以实现削峰填谷。

目前常用的储能技术主要有抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能等物理储能方式，以及电池储能等化学储能方式。物理储能中，抽水储能、压缩空气储能及飞轮储能建造严重受制于地理选址和生态环境。化学储能中有钠硫电池储能、锂离子电池储能、铅酸电池储能、氧化还原液流等方式，各有特点。与其他储能技术相比，氧化还原液流电池具有安全可靠、环境友好、有一定过载和深放电能力等优点，在储能技术中具有独特的优势。

钒液流电池系统中电堆是核心，其由电极、液流框、离子交换膜、双极板、端板等部件构成。其中双极板的功能主要是隔绝正负极电解液，并形成电流通路。由于全钒液流电池中电解液是酸性水溶液，因此必须要求双极板具有很好的耐酸和耐腐性。目前的研究认为基于石墨制备的双极板是性价比最高的方案。其中，石墨主要提供完整的导电通路，塑料起到物理支撑和耐腐蚀的作用。通常而言，能满足实际使用的双极板需要高石墨含量，但这会使双极板的力学性能难以满足实际应用。因此，如何平衡双极板导电性能和力学性能是当今阻碍全钒液流电池应用的一个难题。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供用于全钒液流电池的导电塑料及制备方法，该材料不仅具有高的导电性能，同时力学性能优异。

本发明所解决的第一个技术问题是提供用于全钒液流电池的导电塑料，包括如下质量配比的原料：聚烯烃50-80份，马来酸酐接枝聚烯烃6-10份，膨胀石墨20-40份。

其中，所述聚烯烃为聚乙烯、聚丙烯或乙烯-丙烯共聚物中至少一种。

本发明所解决的第二个技术问题是提供上述用于全钒液流电池的导电塑料的制备方法，包括以下步骤：

将20-40份膨胀石墨与6-10份马来酸酐接枝聚烯烃混合后，再与50-80份聚烯烃在140-260℃下熔融共混，挤出造粒，即可。

其中，所述膨胀石墨与马来酸酐接枝聚烯烃混合时间为5-10分钟。

其中，所述膨胀石墨与马来酸酐接枝聚烯烃混合速率不低于500rpm。

其中，所述熔融共混方式为密炼混合加单螺杆挤出造粒或双螺杆混合加单螺杆挤出造粒。

有益效果：本发明首先采用马来酸酐接枝聚烯烃和膨胀石墨进行高速混合，其自摩擦产生的热将促进马来酸酐接枝聚烯烃上的马来酸酐和膨胀石墨表面的羟基等活性基团反应，从而形成聚烯烃接枝改性的膨胀石墨。因此膨胀石墨与聚烯烃的相容性得到极大的提高，膨胀石墨在聚烯烃基材中的分散更为均匀，有利于导电通道的形成，促进了材料电导率的提升。

经马来酸酐接枝聚烯烃改性后的膨胀石墨与基材之间具有良好的相容性，减少了刚性固体粉末不均匀分布对基材力学性能的破坏作用。同时，膨胀石墨相比石墨等导电填料拥有更好的柔韧性，利于基材保持其力学性能。因此本发明可得到力学性能较为优异的双极板材料。