CN104269564A - 全钒液流电池用双极板的制备方法 - Google Patents

全钒液流电池用双极板的制备方法 Download PDF

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Abstract

全钒液流电池用双极板的制备方法，属于液流电池领域。包括以下步骤：按照混合搅拌NMP、PVDF及乙醇，配制白胶；而后混合导电碳黑与NMP进行并搅拌均匀，而后倒入白胶中形成混合物，并对混合物进行高速搅拌，形成黑胶；混合干燥的PVDF粉末与石墨粉末，而后进行过筛，配制得到干混料；将黑胶放置在搅拌机中，保持搅拌机中速搅拌的情况下，将干混料加入到黑胶中，继续搅拌一定时间形成浆料；将浆料倒入内表面均匀喷涂有离型剂的流延模具中，刮平浆料，完成涂布，而后对流延模具进行烘干成膜，得到双极板。制备工艺简单，重复性好，易于实现，基于流延法烘干成膜而制备的双极板具有轻薄，表面光滑，导电性能优良，机械性能好的特性，适用于全钒液流电池。

Description

全钒液流电池用双极板的制备方法
技术领域
本发明属于液流电池领域，具体涉及一种全钒液流电池用双极板的制备方法。
背景技术
钒电池即全钒液流电池，全称为全钒离子氧化还原液流电池，是一种绿色环保电池。随着钒电池技术不断成熟，大电堆的开发与应用已经成为该项技术的核心研究点。钒电池的电堆是全钒液流电池的核心部件，是化学能与电能转换的唯一场所，电堆的电性能好坏直接影响整个电池系统的性能。随着技术的提高，对电堆的要求也越来越高，要求电堆具有体积小、重量轻的特性，同时对所有电堆材料如双极板提出了更加严格的要求。
目前，钒电池的双极板主要有石墨板，然而石墨板的成本高，硬度高，易折断，加工难度大；导电塑料的导电性差，厚度较厚，成本较高，机械强度高。而为了发展电堆，就亟需制备一种耐腐蚀性能强、柔韧性以及拉伸性能良好、导电性能优良且轻薄的双极板。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述问题，提供一种全钒液流电池用双极板的制备方法，制备得到的双极板具有轻薄、耐腐蚀性能强、柔韧性以及拉伸性能良好、导电性能优良的特性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：全钒液流电池用双极板的制备方法，包括以下步骤：
A.按照NMP:PVDF:乙醇的质量比为2:1:0.5～12:1:0.1的比例进行备料并搅拌，配制形成白胶；
B.按照导电碳黑与NMP的质量比为2:1～12:1的比例进行混合并搅拌均匀，而后倒入步骤A配制而成的白胶中形成混合物，并对混合物进行高速搅拌，配制形成黑胶；
C.将干燥的PVDF粉末与干燥的石墨粉末以质量比为2:1～1:7的比例相混合，而后进行过筛，配制得到干混料；
D.将步骤B所得的黑胶放置在搅拌机中，保持搅拌机中速搅拌的情况下，将步骤C中得到的干混料加入到黑胶中，完全加入后继续搅拌一定时间形成浆料；
E.将步骤D中制备的浆料倒入内表面均匀喷涂有离型剂的流延模具中，并刮平浆料，完成涂布；
F.对步骤E中完成涂布的流延模具进行烘干成膜，得到双极板。
具体的，步骤A中的搅拌的速度为1000～2000转/分，搅拌时间为2h。
优选的，步骤B中的导电碳黑为乙炔黑、科琴黑、超导电炭黑、SP、ECP、Black Pearls、碳纳米管或石墨烯。
具体的，步骤B中的搅拌的速度为5000～6000转/分，搅拌时间为2h。
具体的，步骤C具体为将PVDF粉末与石墨粉末进行干燥，干燥温度为80℃～140℃，干燥时间为8～12h；将干燥后的PVDF粉末与石墨粉末以2:1～1:7的比例混合30min，然后进行过筛，配制得到干混料。
优选的，步骤C中的石墨为微细鳞片石墨、鳞片石墨、膨胀石墨、微晶石墨、超细碳纤维、球形石墨、中间相炭微球或KS系列导电石墨。
优选的，步骤D中的一定时间为2.5h。
具体的，步骤F具体为将步骤E中完成涂布的流延模具放置在加热板上，在110℃～170℃的温度条件下，烘干3h～5h，成膜得到双极板。
本发明的有益效果是：本发明的方法工艺简单，重复性好，易于实现，与现有的生产工艺相比具有生产速度快，效率高，生产的产品一致性好；由于是基于流延法烘干成膜而制备得到双极板，因此双极板具有轻薄，表面光滑，导电性能优良，电阻率小，机械性能好的特性，该双极板可以用作燃料电池以及其他液流电池的双电极，也可以用于制作屏蔽材料、加热元件等。
附图说明
图1是本发明的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例，详细描述本发明的技术方案。
如图1所示，本发明的全钒液流电池用双极板的制备方法，包括以下步骤：按照混合搅拌NMP、PVDF及乙醇，配制白胶；而后混合导电碳黑与NMP进行并搅拌均匀，而后倒入白胶中形成混合物，并对混合物进行高速搅拌，形成黑胶；混合干燥的PVDF粉末与石墨粉末，而后进行过筛，配制得到干混料；将黑胶放置在搅拌机中，保持搅拌机中速搅拌的情况下，将干混料加入到黑胶中，继续搅拌一定时间形成浆料；将浆料倒入内表面均匀喷涂有离型剂的流延模具中，刮平浆料，完成涂布，而后对流延模具进行烘干成膜，得到双极板。
实施例
1.按照NMP:PVDF:乙醇＝2:1:0.5～12:1:0.1的质量比进行备料，并采用搅拌机以1000～2000转/分的中速搅拌2h，配制形成白胶；
2.按照导电碳黑与NMP的质量比为2:1～12:1的比例进行混合并搅拌均匀，而后倒入上一步骤配制而成的白胶中，用搅拌机5000～6000转/分的高速搅拌2h，配制形成黑胶；
采用导电碳黑作为双极板组成的一部分，导电碳黑可以是乙炔黑、科琴黑、超导电炭黑、SP、ECP、Black Pearls、碳纳米管、石墨烯等导电性良好的碳素材料。
3.将PVDF粉末与石墨粉末在燥温度为80℃～140℃的条件下干燥8～12h，而后将以质量比为2:1～1:7的比例混合PVDF粉末与石墨粉末，混合时间为30min，而后过筛，配制得到干混料；
所述石墨可以采用微细鳞片石墨、鳞片石墨、膨胀石墨、微晶石墨、超细碳纤维、球形石墨、中间相炭微球或KS系列导电石墨的一种或多种。
4.将步骤2所得的黑胶放置在搅拌机中，保持搅拌机中速搅拌的情况下，将上一步骤得到的干混料加入黑胶中，而后以现有的搅拌速度继续搅拌2.5h形成均匀的浆料，所述中速一般为1000～2000转/分；
通过以上步骤实现的生产原料，由导电碳黑，NMP，石墨，PVDF粉末，无水乙醇组成，组成比例在0.5:36:1.3:2.5:1～10:100:25:25.7:8.3之间。
5.预先在流延模具内表面均匀喷涂离型剂，而后将上一步制备的浆料倒入流延模具中，并刮平浆料，完成涂布；在110℃～170℃的烘干温度下对流延模具进行烘干成膜得到双极板，所述烘干时间3h～5h；
6.对双极板及流延模具降温10min，拿小刀轻轻取下双极板，对双极板毛边进行修整。
使用上述方法制备出的双极板，其测试结果如下：
表1双极板测试结果

Claims (8)

1.全钒液流电池用双极板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.按照NMP:PVDF:乙醇＝2:1:0.5～12:1:0.1的质量比进行备料并搅拌，配制形成白胶；
B.按照导电碳黑与NMP的质量比为2:1～12:1的比例进行混合并搅拌均匀，而后倒入步骤A配制而成的白胶中形成混合物，并进行高速搅拌，配制形成黑胶；
C.将干燥的PVDF粉末与干燥的石墨粉末以质量比为2:1～1:7的比例相混合并过筛，配制得到干混料；
D.将步骤B所得的黑胶放置在搅拌机中，保持搅拌机中速搅拌的情况下，将步骤C中得到的干混料加入到黑胶中，而后继续搅拌一定时间形成浆料；
E.将步骤D中制备的浆料倒入内表面均匀喷涂有离型剂的流延模具中，并刮平浆料，完成涂布；
F.对步骤E中完成涂布的流延模具进行烘干成膜，得到双极板。
2.如权利要求1所述的全钒液流电池用双极板的制备方法，其特征在于，步骤A中的搅拌的速度为1000～2000转/分，搅拌时间为2h。
3.如权利要求1所述的全钒液流电池用双极板的制备方法，其特征在于，步骤B中的导电碳黑为乙炔黑、科琴黑、超导电炭黑、SP、ECP、Black Pearls、碳纳米管或石墨烯。
4.如权利要求1或2或3所述的全钒液流电池用双极板的制备方法，其特征在于，步骤B中的搅拌的速度为5000～6000转/分，搅拌时间为2h。
5.如权利要求4所述的全钒液流电池用双极板的制备方法，其特征在于，步骤C具体为将PVDF粉末与石墨粉末进行干燥，干燥温度为80℃～140℃，干燥时间为8～12h；将干燥后的PVDF粉末与石墨粉末以2:1～1:7的比例混合30min，然后进行过筛，配制得到干混料。
6.如权利要求5所述的全钒液流电池用双极板的制备方法，其特征在于，步骤C中的石墨为微细鳞片石墨、鳞片石墨、膨胀石墨、微晶石墨、超细碳纤维、球形石墨、中间相炭微球或KS系列导电石墨。
7.如权利要求6所述的全钒液流电池用双极板的制备方法，其特征在于，步骤D中的一定时间为2.5h。
8.如权利要求7所述的全钒液流电池用双极板的制备方法，其特征在于，步骤F具体为将步骤E中完成涂布的流延模具放置在加热板上，在110℃～170℃的温度条件下，烘干时间为3h～5h，成膜得到双极板。
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