CN202384431U - 一体化复合电极双极板 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种一体化复合电极双极板及其制备方法与应用，该一体化复合电极双极板是由一体化的石墨毡/碳毡和塑料片组成，塑料片嵌在两片石墨毡/碳毡中间，塑料片的长轴和宽轴均大于石墨毡/碳毡的长轴和宽轴。本实用新型的一体化复合电极双极板可明显降低现有的石墨毡/碳毡与双极板靠压紧接触方式所产生的电阻；一体化复合电极双极板是靠石墨毡/碳毡为导电基体，导电性能显著提高，较少有导电链断裂现象发生，机械性能良好，机加工容易，可弯曲不易变形，气密性能良好不会产生电池串液现象；采用本实用新型的一体化复合电极双极板能提高全钒氧化液流储能电池的放电中压、能量效率以及电池的使用寿命，不会造成石墨毡或碳毡的结构损坏和塑料碳化分解。
Description
技术领域
本实用新型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***以满足生活和生产对电力的需求，为充分利用各类发电***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***的应用领域首先是与风能、太阳能等可再生能源发电***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，本实用新型的目的在于提供一种一体化复合电极双极板。
本实用新型的目的通过下述技术方案实现：
一种一体化复合电极双极板，由一体化的石墨毡/碳毡和塑料片组成，塑料片嵌在两片石墨毡/碳毡中间，塑料片的长轴和宽轴均大于石墨毡/碳毡的长轴和宽轴。
上述一体化复合电极双极板的制备方法，是将塑料粒通过加热挤压形成软化状的塑料片，再将塑料片放置在两片石墨毡/碳毡之间，闭紧模具，加热挤压，塑料片溶入石墨毡/碳毡内，冷却后制得一体化复合电极双极板。
上述制备方法具体包括以下步骤：
(1)对石墨毡/碳毡清洗烘干后进行电化学阻极氧化处理或酸处理；将塑料粒通过加热挤压形成软化状的塑料片；
(2)将两片石墨毡/碳毡分别放在的模具A、B板内侧，将塑料片放置在两片石墨毡/碳毡之间，然后闭紧模具；
(3)将模具内部抽真空；
(4)将模具及模具内的石墨毡/碳毡和塑料片在160-260℃下恒温处理6-100分钟，期间并通过挤压机挤压模具，处理后塑料片全部溶入石墨毡/碳毡内，冷却后制得一体化复合电极双极板。
所述的塑料粒优选PE(聚乙烯)塑料粒。
上述的一体化复合电极双极板可应用在氧化还原液流储能电池中。
本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1、本实用新型的一体化复合电极双极板可明显降低现有的石墨毡/碳毡与双极板靠压紧接触方式所产生的电阻。
2、本实用新型的一体化复合电极双极板是靠石墨毡/碳毡为导电基体，导电性能显著提高，较少有导电链断裂现象发生，机械性能良好，机加工容易，可弯曲不易变形，气密性能良好不会产生电池串液现象。
3、采用本实用新型方法制备成的一体化复合电极双极板能提高全钒氧化液流储能电池的放电中压、能量效率以及电池的使用寿命，不会造成石墨毡或碳毡的结构损坏和塑料碳化分解。
4、本实用新型的一体化复合电极双极板制备工艺简单，导电性能一置，生产容易，不易变形，成品合格率高，成品合格率可达98％以上，具有很好实用和应用前景。
附图说明
图1是本实用新型一种一体化复合电极双极板的结构示意图；其中，1-塑料片，2-石墨毡/碳毡，3-模具A板，4-模具B板。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例1
一种一体化复合电极双极板，由以下方法制备得到：
(1)将PE塑料粒通过加热挤压形成软化状的塑料片；
(2)将两片5mm厚的石墨毡分别放在的模具A、B板内侧，将PE塑料片放置在两片石墨毡之间，然后闭紧模具；
(3)将模具内部抽真空；
(4)将模具及模具内的石墨毡和PE塑料片在160-170℃下恒温处理75-100分钟，期间并通过挤压机挤压模具，处理后PE塑料片全部溶入石墨毡内，冷却后制得一体化复合电极双极板。
所制得的一体化复合电极双极板的结构如图1所示，石墨毡2和PE塑料片1已挤压熔融成一体，塑料片1嵌在两片石墨毡2中间，塑料片1的长轴和宽轴均大于石墨毡2的长轴和宽轴。
实施例2
一种一体化复合电极双极板，由以下方法制备得到：
(1)将PE塑料粒通过加热挤压形成软化状的塑料片；
(2)将两片6mm厚的碳毡分别放在的模具A、B板内侧，将PE塑料片放置在两片碳毡之间，然后闭紧模具；
(3)将模具内部抽真空；
(4)将模具及模具内的碳毡和PE塑料片在180-190℃下恒温处理55-70分钟，期间并通过挤压机挤压模具，处理后PE塑料片全部溶入碳毡内，冷却后制得一体化复合电极双极板。
所制得的一体化复合电极双极板的结构如图1所示，碳毡2和PE塑料片1已挤压熔融成一体，塑料片1嵌在两片碳毡2中间，塑料片1的长轴和宽轴均大于石墨毡2的长轴和宽轴。
实施例3
一种一体化复合电极双极板，由以下方法制备得到：
(1)将PE塑料粒通过加热挤压形成软化状的塑料片；
(2)将两片7mm厚的石墨毡分别放在的模具A、B板内侧，将PE塑料片放置在两片石墨毡之间，然后闭紧模具；
(3)将模具内部抽真空；
(4)将模具及模具内的石墨毡和PE塑料片在200-210℃下恒温处理40-50分钟，期间并通过挤压机挤压模具，处理后PE塑料片全部溶入石墨毡内，冷却后制得一体化复合电极双极板。
所制得的一体化复合电极双极板的结构如图1所示，石墨毡2和PE塑料片1已挤压熔融成一体，塑料片1嵌在两片石墨毡2中间，塑料片1的长轴和宽轴均大于石墨毡2的长轴和宽轴。
实施例4
一种一体化复合电极双极板，由以下方法制备得到：
(1)将PE塑料粒通过加热挤压形成软化状的塑料片；
(2)将两片8mm厚的碳毡分别放在的模具A、B板内侧，将PE塑料片放置在两片碳毡之间，然后闭紧模具；
(3)将模具内部抽真空；
(4)将模具及模具内的碳毡和PE塑料片在220-240℃下恒温处理25-35分钟，期间并通过挤压机挤压模具，处理后PE塑料片全部溶入碳毡内，冷却后制得一体化复合电极双极板。
所制得的一体化复合电极双极板的结构如图1所示，碳毡2和PE塑料片1已挤压熔融成一体，塑料片1嵌在两片碳毡2中间，塑料片1的长轴和宽轴均大于石墨毡2的长轴和宽轴。
实施例5
一种一体化复合电极双极板，由以下方法制备得到：
(1)将PE塑料粒通过加热挤压形成软化状的塑料片；
(2)将两片10mm厚的石墨毡分别放在的模具A、B板内侧，将PE塑料片放置在两片石墨毡之间，然后闭紧模具；
(3)将模具内部抽真空；
(4)将模具及模具内的石墨毡和PE塑料片在250-260℃下恒温处理6-20分钟，期间并通过挤压机挤压模具，处理后PE塑料片全部溶入石墨毡内，冷却后制得一体化复合电极双极板。
所制得的一体化复合电极双极板的结构如图1所示，石墨毡2和PE塑料片1已挤压熔融成一体，塑料片1嵌在两片石墨毡2中间，塑料片1的长轴和宽轴均大于石墨毡2的长轴和宽轴。
用实施例3制得的一体化复合电极双极板组装的电池，其充放电性能如表1所示。用导电塑料双极板组装的电池，其充放电性能如表2所示。
表1 一体化复合电极双极板组装的电池在电流密度50mA/cm2下的充放电性能
表2 导电塑料双极板组装的电池在电流密度50mA/cm2下的充放电性能
从表1和表2可以看出，采用本实用新型的一体化复合电极双极板组装的电池比导电塑料双极板组装的电池的放电中压、电流效率、电压效率、能量效率、电解液利用率都有明显提高，更加重要的是：用一体化复合电极双极板组装的电池能够非常稳定地使用，电池使用寿命得到大幅度的提升；而导电塑料双极板组装的电池经过一段时间充放电循环后，电池性能明显的降低，通过对比试验说明，一体化复合电极双极板的各方面的性能都优于导电塑料双极板。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种一体化复合电极双极板，其特征在于：是由一体化的石墨毡/碳毡和塑料片组成，塑料片嵌在两片石墨毡/碳毡中间，塑料片的长轴和宽轴均大于石墨毡/碳毡的长轴和宽轴。
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