[发明专利]一种非均态导电塑料双极板及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及全钒液流电池，特别是涉及一种应用于全钒液流储能电池的导电塑料双极板及其制备方法。

背景技术

全钒液流电池是最近发展起来的新型储能电池，其由电堆、正负极电解液储槽及其他辅助控制装置组成。钒电池电能以化学能的方式存储在不同价态钒离子的硫酸电解液中，通过外接泵把电解液压入电堆内，在机械动力作用下，使电解液在不同的储液罐和半电池的闭合回路中循环流动，采用质子交换膜作为电池组的隔膜，电解液平行流过电极板表面并发生电化学反应，通过双极板收集和传导电流，从而使得储存在溶液中的化学能转换成电能。这个可逆的反应过程使钒电池顺利完成充电、放电和再充电。全钒液流电池的正极电解液由V⁵⁺和V⁴⁺离子溶液组成，负极电解液由V³⁺和V²⁺离子溶液组成，充电后，正极物质为V⁵⁺离子溶液，负极为V²⁺离子溶液，电池放电后，正、负极分别为V⁴⁺和V³⁺离子溶液，电池内部通过H⁺导电。

双极板是全钒液流电池中的重要组成部件，在电堆中起着收集电流、隔绝正负极电解液的作用，对电堆的性能影响重大。通常要求它化学性能稳定，耐酸耐氧化，自身电阻小以及与电极和铜板的接触电阻小，制造简单，成本低廉，使用寿命长。

目前液流电池常用的双极板材料有：金属类、石墨类和导电塑料类。其中，金属类不耐酸，石墨类易蚀刻且机械性能不好，因而都不适用。导电塑料双极板主要是将高分子物质如聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）等以一定比例与导电剂（导电炭黑、乙炔黑、石墨粉、碳纤维、碳纳米管）混合一次性热挤压成型。导电塑料双极板是几年来研究的热点，大多采用调高导电添加剂的含量来提高导电率。但随着导电剂的含量增加，导电塑料双极板的机械性能会随之变差。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种非均态导电塑料双极板及其制备方法，其不仅能提高导电塑料双极板的导电性，而且能增强其机械性能。

为了达到上述目的，本发明提供一种非均态导电塑料双极板，其由至少两层导电剂含量不同的薄膜层叠后通电挤压成型。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种非均态导电塑料双极板的制备方法，其包括下列步骤：

1）将高分子树脂粉末、导电剂和助剂按一定比例在高混机中均匀混合成原料，其中，高分子树脂粉末、导电剂和助剂的种类及混合比例根据制成的导电塑料用途和制成的薄膜所处于导电塑料的位置不同而不同，因而混合成的原料有外层薄膜原料、中间层薄膜原料及最内层薄膜原料；

2）将各种原料用双螺杆挤压造粒机分别挤出造粒制成各种母粒，螺杆转速为200~300r·min^-1；

3）将制成的各种母粒分别通过拉膜机拉制成0.1mm-0.4mm的各种薄膜，控制温度范围为190~280℃；

4）选用导电剂含量不同的至少两种薄膜叠加在一起通入20A~80A的电流对其加热使其软熔，滚压成型即得到导电塑料双极板。

本发明导电塑料双极板采用的原料各组分质量百分比含量为：

导电剂          20%~70%；

高分子树脂粉末  20%~60%；

助剂            2%~30%；

每种原料中各组分质量百分比之和为100%。

本发明中，助剂为制备导电塑料的常用物质，包括分散剂（丙烯酸酯类）、偶联剂（钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂）、稀释剂（液体石蜡或异丙醇）、增塑剂（邻苯二甲酸酯）、抗氧化剂（2,6-二叔丁基酚）、活性剂（氧化锌）。

本发明中，高分子树脂粉末可以采用PE、PP、PVC等高分子树脂粉末中的一种或几种，若采用两种以上的混合物，则比例为任意比，并且可加入增容树脂中的一种或几种。高分子树脂的粉末粒度为10μm-500μm。增容树脂为乙烯／乙酸乙烯酯共聚物EVA或乙烯丙烯酸共聚物EAA。

本发明中，导电剂可用导电炭黑、乙炔黑、石墨粉、碳纤维、碳纳米管等中的一种或几种，若采用两种以上的混合物，则比例为任意比。导电炭黑粒度为10μm-500μm，乙炔黑粒度为10μm-100μm，石墨粉粒度为50μm-800μm，碳纤维粉末粒度为10μm-100μm。