[发明专利]一种含氟树脂的导电塑料双极板制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电能转化与储存技术领域，特别是制造液流电池双极板的方 法。

背景技术

为了减少使用煤炭等化石燃料所带来的大量二氧化碳等温室气体排放，以 及二氧化硫等酸性气体对环境的破坏性，亟需发展太阳能、风能等可再生清 洁能源利用技术。然而，由于太阳能、风能、海洋波浪能等具有不连续、随 机性等特征，需要和一定规模的电能储存装置配合使用，才能构成完整的供 电系统，保证持续稳定的电能供应。因此，开发电能转化效率高、储存容量 大、经济性能好的储能系统成为发展可再生清洁能源的关键之一。

全钒液流电池(Vanadium Redox Battery，VRB)是一种新型化学电源， 适用于大规模蓄电储能场合使用。由于使用同种元素钒构成电化学系统，从 原理上避免了正负半电池间不同种类活性物质相互渗透产成的交叉污染。使 用溶解在电解液中不同价态钒离子作为电池正极和负极活性物质，正极电解 液和负极电解液分开储存，从原理上避免电池储存过程自放电现象，适合于 大规模储能过程应用。当风能、太阳能发电装置的功率超过额定输出功率时， 通过对液流电池充电，将电能转化为化学能储存在不同价态的离子对中；当 发电装置不能满足额定输出功率时，液流电池开始放电，把储存的化学能转 化为电能，保证稳定电功率输出。在各种形式的储能装置中，全钒液流电池 具有电能储存与转化效率高，使用寿命长、环保、安全的特点，易于和风能、 太阳能发电相匹配，为可再生能源利用提供技术保证。用于电网系统储能， 可以避免抽水蓄能电站建设周期长，选址地理条件苛刻的缺点，适合于中等 规模厂矿企业、宾馆饭店、政府部门的不间断电源使用，能够有效改善电网 供电质量，完成电网的“移峰填谷”作用。

液流电池中的双极板直接连接相邻单电池的正极半电池和负极半电池，需 要同时具备阻止电解液渗透和传导电流能力，此外，双极板还应具有良好化 学稳定性、耐电化学氧化和一定的机械强度，以及易于大批量加工特性。通 常情况，在高温下将热塑性高分子树脂融化，然后加入乙炔黑、石墨粉、导 电纤维等导电填料，充分混合后加工成为导电塑料作为双极板。该方法已在 液流电池研究开发中成功使用(CN1515046A；CN101308923A)。为了克服高 温熔融加工过程温度控制复杂，高分子树脂材料分解、熔体粘度高，很难和 导电填料充分混合等缺点，人们提出利用高分子树脂悬浮液和导电填料在 70～80℃条件下进行混合，注入模具后在高温炉中烧结成型的技术方法 (CN101150192A)。由于无机碳素材料和有机高分子树脂中化学键性质与结 构不同，导致材料内聚能、表面亲疏水特性显著差异，严重影响碳素类导电 填料在高分子树脂悬浮液中的均匀分散，影响双极板导电性的改善。使用强 极性有机溶剂把导电填料和工程高分子溶解，变为均匀溶液后能够明显改善 混合特性(CN 200910082216.6)。但是，溶液中的强极性有机溶剂和高分子链 之间强烈相互作用，导致脱溶剂过程十分缓慢，不利于大规模工业化生产， 需要寻找合适的分散溶剂。此外，为了和液流电池的电池板框相配和，以便 于热融合加工或粘结，需要调节导电塑料双极板的表面能。