[发明专利]一种一体化电极的制备方法与一种钒液流电池

说明书

本发明提供了一种钒液流电池用一体化电极的制备方法，包括以下步骤：A)制备聚合物复合材料双极板；B)将所述聚合物复合材料双极板置于两片碳毡之间，热压，得到一体化电极。本申请将聚合物复合材料双极板与碳毡整合为一体化电极，其将碳毡一部分融入聚合物复合材料双极板中，使得接触电阻大大下降，减小了电池在电极上的功率消耗，提高了电池的效率；另外，该一体化电极还具有较高的机械强度，良好的耐腐蚀性与阻液性。

技术领域

本发明涉及双极板技术领域，尤其涉及一种一体化电极的制备方法与一种钒液流电池。

背景技术

钒液流电池的电极由双极板和碳毡组成，双极板的功能是传导电流并将正负极电解液分开，碳毡是电解液发生电化学反应的场所，并通过碳毡将电流导入或导出。其中，双极板需要具备以下几个特性：1)耐腐蚀性：在腐蚀性很强的电解液中不能发生老化、破裂和性能衰减的现象；2)电阻率小：电阻率过大会增加电池的内耗，降低电池效率；3)阻液性好：双极板要将正负电解液分开，电解液不能够透过极板，否则混液会使电流效率下降；碳毡需要具备以下特点：1)耐腐蚀：在电解液中要有较长的使用寿命；2)高电导率：有效传导电流，损失小；3)厚度和孔隙率合适，利于电解液发生电化学反应并顺畅和均匀的流通。

目前，双极板和碳毡都是各自独立的组件，在组装电堆的过程中，通过压力的作用进行物理接触。但是，这种物理接触的缺点具体为：物理接触使双极板和碳毡之间产生较大的接触电阻，从而导致电池效率下降；这种接触电阻受压力的影响很大，压力增大接触电阻减小，压力减小接触电阻增加。

为了减小上述接触电阻，可以提高对双极板的要求，尤其是双极板自身电阻率的要求，这使得双极板的选材和加工受到局限，成本增加。双极板的加工大致可分为两种：

1)目前商品化的双极板有石墨板，石墨含量超过90％，成本较高，而且材质很脆，加工和使用的过程中容易断裂；

2)聚合物复合材料双极板的研究和发展取得了一些进展，此种双极板成本上比石墨板低，而且韧性好，易加工；但电阻较大，尤其是与碳毡的接触电阻占很大比例。因此，聚合物复合材料双极板的研究还有很多问题需要解决。

聚合物复合材料双极板的加工工艺主要有两种：1)热压工艺：先将聚合物粉料和导电填料混合均匀后，填入模具中，通过热压工艺压制出合适大小的极板；此工艺操作简单，但属于间歇式生产工艺，产能受限，混料能力弱；2)密炼挤出工艺：将聚合物粉料和导电填料混合均匀后，投入到密炼机或者双螺杆挤出机中混炼，然后挤出过碾压辊，得到合适厚度和尺寸的双极板材料；此工艺产能较大，适合批量生产，聚合物混炼能力强，缺点是导电填料的填充量有限制，填充过小会造成极板电阻过大，填充过大会使加工带来极大困难。因此，双极板目前的瓶颈迫切需要一个更合理的方案来解决。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种一体化电极的制备方法，本申请制备的一体化电极可实现整体电阻值的降低。

有鉴于此，本申请提供了一种一体化电极的制备方法，包括以下步骤：

A)制备聚合物复合材料双极板；

B)将所述聚合物复合材料双极板置于两片碳毡之间，热压，得到一体化电极；

所述聚合物复合材料双极板的制备方法，包括：

A1)将聚合物树脂与碳粉混合，将得到的混合料挤出，得到聚合物复合材料双极板；

或，A2)将熔融态的聚合物树脂注入碳毡中，冷却后得到聚合物复合材料双极板。

优选的，在步骤A1)中，所述聚合物树脂与所述碳粉的质量比为(50～80)：(20～50)。

优选的，在步骤A2)中，所述聚合物树脂与所述碳毡的质量比为(60～90)：(10～40)。