[发明专利]一种液流电池用双极板及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种液流电池双极板及其制备和应用。所述双极板是由熔融指数为0.05‑10的高密度聚乙烯、碳纳米管、导电炭黑以及润滑剂组成的碳塑复合板，或是由熔融指数为0.05‑10的高密度聚乙烯、碳纳米管、润滑剂组成的碳塑复合板，高密度聚乙烯的质量分数为60‑80％，碳纳米管的质量分数为15‑35％，导电炭黑的质量分数为0％‑24％，润滑剂的质量分数为0.1‑2％。该双极板在保持高聚合物含量的同时具有较高的电导率，和电极框进行焊接时可以保证足够高的焊接强度，保证电堆的密封可靠性。

技术领域

本发明涉及化学储能技术中的液流电池领域，特别涉及全钒液流电池的双极板及其制备方法。

背景技术

全钒液流电池因其具有输出功率和容量相互独立，系统设计灵活；能量效率高，寿命长，运行稳定性和可靠性高，自放电低；选址自由度大，无污染、维护简单，运营成本低，安全性高等优点，在规模储能方面具有广阔的发展前景，被认为是解决太阳能、风能等可再生能源发电系统随机性和间歇性非稳态特征的有效方法，在可再生能源发电和智能电网建设中有着重大需求。

双极板作为液流电池的关键部件，起着将单电池串联起来组成电堆的作用，需要具有良好的导电性、阻液性、化学稳定性以及一定的机械强度。目前主要用到的双极板材料为硬质石墨板和碳塑复合材料。硬质石墨板具有电导率高、阻液性和化学稳定性好的特点，但高成本、机械性能差限制了其实际应用。碳塑复合材料是目前广受关注的一种双极板材料，主要优点是加工简单，成本低廉，易于实现大规模生产。然而，这种材料导电性较差，为了提高导电性，需要提高材料中的导电填料含量。而导电填料含量过高会使复合板变脆，不宜于电堆组装。

此外，目前液流电池的密封主要是采用氟橡胶线密封或面密封的方式，不仅成本高，而且可靠性差，橡胶老化后容易发生泄漏。因此，采取超声焊或者激光焊的方法将双极板和电极框焊接在一起是一种很好的解决办法。然而，高导电填料含量的复合板使用激光焊、超声焊等方式与电极框焊接时焊接强度不够高。因此，有必要研制高导电性低导电填料含量的碳塑复合双极板。

全钒液流电池为追求高功率密度，要求低电池内阻，因此对双极板的电导率有较高要求，而要提高电导率，则要提高导电填料的含量。为制备体电导率高于5S/cm的碳塑复合双极板材料，通常导电填料的质量分数要达到50％以上，此时由于聚合物基体中含有大量的导电填料，在使用激光焊、超声焊等方式与电极框焊接时焊接强度不够高，无法起到密封的作用。

发明内容

本发明旨在提供一种具有高导电性、高韧性、低导电填料含量、高焊接强度的液流电池用双极板及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明提供的双极板是由熔融指数为0.05-10的高密度聚乙烯、碳纳米管、导电炭黑以及润滑剂组成的碳塑复合板，或是由熔融指数为0.05-10的高密度聚乙烯、碳纳米管、润滑剂组成的碳塑复合板，高密度聚乙烯的质量分数为60-80％，碳纳米管的质量分数为15-35％，导电炭黑的质量分数为0％-25％，润滑剂的质量分数为0.1-2％。

其中，

所述高密度聚乙烯为挤出级高密度聚乙烯，熔融指数优选0.05-2。

所述碳纳米管为多壁碳纳米管，直径为10-100nm，长度为5-100μm，纯度98％-99.9％，比表面积为100-250m²/g。

所述导电炭黑的粒径为20-50nm，比表面积为100-600m²/g。

所述润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸、硬酯酸钙、硬酯酸锌、石蜡、乙烯基双硬脂酰胺中的一种或几种。

所述熔融指数为采用ASTM D1238标准测试方法在230℃/2.16kg条件下测得。

所述碳塑复合板通过将原料共混后采用挤出压延成型工艺制备而成。