CN113956498A - 基于聚烯烃的全钒液流电池用导电塑料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于全钒液流电池用双极板技术领域，具体涉及基于聚烯烃的全钒液流电池用导电塑料及其制备方法。本发明所解决的技术问题是提供基于聚烯烃的全钒液流电池用导电塑料及其制备方法。该基于聚烯烃的全钒液流电池用导电塑料是将50‑70份膨胀石墨和0.1‑1份自由基引发剂混合均匀后，再在150‑260℃温度下与30‑50份聚烯烃熔融共混均匀，挤出造粒，即可。所制备的导电塑料被制作成双极板时，其电阻率为5‑87mΩ·cm，弯曲强度为40‑51MPa，抗拉强度为29‑42MPa。
Description
技术领域
本发明属于全钒液流电池用双极板技术领域，具体涉及基于聚烯烃的全钒液流电池用导电塑料及其制备方法。
背景技术
随着全球能源革命和能源转型的推进，可再生绿色能源得到了快速发展。但风电、光伏发电等发电方式受天气等自然因素的影响较大，造成其电力输出不稳定，增加电网运行负荷，往往会出现“垃圾电”、“弃电”等现象。为了新能源的推广和使用，完成双碳目标，储能成为一个很好的解决措施。通过储能可以实现电网的削峰填谷，保证电网的平稳运行。目前的储能设施中，抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能等物理储能方式受地理条件的限制比较大，很多场所无法进行布置。化学储能具有可快速布置，规模可控等优势。其中全钒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。
全钒液流电池***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。目前研究认为基于石墨填充的导电塑料是最适用于全钒液流电池双极板的材料。其中，石墨填料提供完整的导电通路，塑料起物理支撑和防腐蚀的作用。为了提高双极板的导电性，往往需要较高的石墨填充量，导致材料整体的力学性能较差。如何实现导电性和力学性能的平衡是制备高性能全钒液流电池用双极板的一个难题。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了基于聚烯烃的全钒液流电池用导电塑料及其制备方法，该导电塑料能同时满足导电性和力学性能的要求。
本发明所解决的第一个技术问题是提供基于聚烯烃的全钒液流电池用导电塑料，包括如下质量配比的原料：聚烯烃30-50份，膨胀石墨50-70份，自由基引发剂0.1-1份。
其中，所述聚烯烃为聚乙烯或聚丙烯。
其中，本发明所述自由基引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯、过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵、偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈。
其中，所述膨胀石墨目数大于100目。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述基于聚烯烃的全钒液流电池用导电塑料的制备方法，包括以下步骤：
将50-70份膨胀石墨和0.1-1份自由基引发剂混合均匀后，再在150-260℃温度下与30-50份聚烯烃熔融共混均匀，挤出造粒，即可。
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：本发明通过自由基引发反应，将膨胀石墨与聚烯烃基材发生接枝反应，促进两相的相容，形成分散更均匀的体系，有助于形成更好的导电体系。而且，膨胀石墨相比石墨更柔软，其作为固体填料加入后对聚烯烃基材的破坏作用相对较小，可以一定程度上减弱固体填料带来的应力集中效应，保持聚烯烃基材的力学性能。同时，由于自由基引发剂的作用，聚烯烃转变为微交联聚烯烃后具有更高的刚性和力学稳定性。本发明所制备的导电塑料被制作成双极板时，其电阻率为5-87mΩ·cm，弯曲强度为40-51MPa，抗拉强度为29-42MPa。
附图说明
图1为本发明实施例1所制备样品的电镜扫描图。
具体实施方式
膨胀石墨由天然石墨鳞片经插层、水洗、干燥、高温膨化后得到的一种疏松多孔的蠕虫状物质。相比天然石墨，膨胀石墨更柔软、具有一定的压缩回弹性等特性，利于提升其与基材复合时的力学性能。同时其表面存在部分活泼基团，可进行化学修饰。
因此，本发明提供了基于聚烯烃的全钒液流电池用导电塑料，包括如下质量配比的原料：聚烯烃30-50份，膨胀石墨50-70份，自由基引发剂0.1-1份。
本发明所制备的导电塑料被制作成双极板时，其电阻率为5-87mΩ·cm，弯曲强度为40-51MPa，抗拉强度为29-42MPa。
本发明中所指的聚烯烃是指聚乙烯、聚丙烯。
本发明所指的自由基引发剂是指过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯、过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的一种。
本发明通过添加自由基引发剂，通过自由基引发反应，将膨胀石墨与聚烯烃基材发生接枝反应，促进两相的相容，形成分散更均匀的体系，有助于形成更好的导电体系。同时，由于自由基引发剂的作用，聚烯烃转变为微交联聚烯烃后具有更高的刚性和力学稳定性。
本发明提供上述导电塑料的制备方法，其特征在于该方法将50-70份膨胀石墨和0.1-1份自由基引发剂通过高速混合机混合均匀后，再通过150-260℃下与30-50份聚烯烃熔融共混均匀，挤出造粒。
本发明所述的导电塑料由聚烯烃、膨胀石墨和自由基引发剂通过熔融共混后制备而成。熔融共混方式可以是密炼混合加单螺杆挤出造粒，也可以是双螺杆混合加单螺杆挤出造粒。双极板通过常规的挤出成型或热压成型制备。
下面将结合具体实施例对本发明内容进一步解释和说明。以下具体实施例中的物料份数均为质量份。
实施例1
取膨胀石墨70份，过氧化苯甲酰0.1份，使用高速搅拌机混合均匀后。然后与30份聚丙烯在260℃下熔融共混均匀后，切粒，得到双极板用导电塑料。
将导电塑料压制成双极板后，其电阻率为5mΩ·cm，弯曲强度为40MPa，抗拉强度为29MPa。
图1为本发明实施例1所制备样品的电镜扫描图。从图中可以看出两相结合紧密，无明显的团聚现象，证明了膨胀石墨与聚烯烃之间良好的分散性。
实施例2
取膨胀石墨60份，过氧化苯甲酰0.2份，使用高速搅拌机混合均匀后。然后与40份聚丙烯在210℃下熔融共混均匀后，切粒，得到双极板用导电塑料。
将导电塑料压制成双极板后，其电阻率为28mΩ·cm，弯曲强度为44MPa，抗拉强度为36MPa。
实施例3
取膨胀石墨50份，过氧化二异丙苯0.3份，使用高速搅拌机混合均匀后。然后与50份聚丙烯在150℃下熔融共混均匀后，切粒，得到双极板用导电塑料。
将导电塑料压制成双极板后，其电阻率为87mΩ·cm，弯曲强度为51MPa，抗拉强度为42MPa。
实施例4
取膨胀石墨65份，偶氮二异丁腈0.8份，使用高速搅拌机混合均匀后。然后与35份聚乙烯在245℃下熔融共混均匀后，切粒，得到双极板用导电塑料。
将导电塑料压制成双极板后，其电阻率为18mΩ·cm，弯曲强度为41MPa，抗拉强度为32MPa。
实施例5
取膨胀石墨55份，偶氮二异庚腈1.0份，使用高速搅拌机混合均匀后。然后与45份聚乙烯在225℃下熔融共混均匀后，切粒，得到双极板用导电塑料。
将导电塑料压制成双极板后，其电阻率为43mΩ·cm，弯曲强度为43MPa，抗拉强度为33MPa。
实施例6
取膨胀石墨62份，过硫酸钾0.4份，使用高速搅拌机混合均匀后。然后与38份聚乙烯在240℃下熔融共混均匀后，切粒，得到双极板用导电塑料。
将导电塑料压制成双极板后，其电阻率为29mΩ·cm，弯曲强度为42MPa，抗拉强度为32MPa。
实施例7
取膨胀石墨56份，过硫酸铵0.6份，使用高速搅拌机混合均匀后。然后与42份聚丙烯在180℃下熔融共混均匀后，切粒，得到双极板用导电塑料。
将导电塑料压制成双极板后，其电阻率为36mΩ·cm，弯曲强度为46MPa，抗拉强度为37MPa。
对比例1
取膨胀石墨50份与50份聚丙烯在150℃下熔融共混均匀后，切粒，得到双极板用导电塑料。
将导电塑料压制成双极板后，其电阻率为236mΩ·cm，弯曲强度为43MPa，抗拉强度为35MPa。
Claims (6)
1.基于聚烯烃的全钒液流电池用导电塑料，其特征在于：包括如下质量配比的原料：聚烯烃30-50份，膨胀石墨50-70份，自由基引发剂0.1-1份。
2.根据权利要求1所述的基于聚烯烃的全钒液流电池用导电塑料，其特征在于：所述聚烯烃为聚乙烯或聚丙烯。
3.根据权利要求1或2所述的基于聚烯烃的全钒液流电池用导电塑料，其特征在于：所述自由基引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯、过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵、偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈。
4.根据权利要求1-3任一项所述的基于聚烯烃的全钒液流电池用导电塑料，其特征在于：所述膨胀石墨目数大于100目。
5.权利要求1-4任一项所述的基于聚烯烃的全钒液流电池用导电塑料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
将50-70份膨胀石墨和0.1-1份自由基引发剂混合均匀后，再在150-260℃温度下与30-50份聚烯烃熔融共混均匀，挤出造粒，即可。
6.根据权利要求5所述的基于聚烯烃的全钒液流电池用导电塑料的制备方法，其特征在于：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。
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20220121 |