CN109575479B - 一种pvc材料及其在锌溴液流电池正负极框架中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及PVC材料领域，具体而言，涉及一种应用于锌溴液流电池正负极框架的PVC材料。本发明中PVC材料，以重量百分比计，包含PVC树脂75‑85％，合成PE蜡0.1‑0.5％，亚磷酸酯0.2‑1.5％，选用的合成PE蜡能够迁移到产品外表面形成保护层，使得基体树脂不被溶液侵蚀，完全无酚的液体亚磷酸酯的加入对于提高产品透明性、热稳定性，抗老化性能均是有利的；本发明中选用特定种类的PE合成蜡和亚磷酸酯配合使用，能够保护正负极壳体材料在高温下不被腐蚀，不开裂不起皮，热稳定性，抗老化性能优异，透明性好。

Description

一种PVC材料及其在锌溴液流电池正负极框架中的应用
技术领域
本发明属于PVC材料领域，具体而言，涉及一种在锌溴液流电池正负极框架中应用的PVC材料。
背景技术
能源是人类生存的基础，社会发展的动力，能源的合理开发利用备受关注。传统化石能源的使用带来了环境污染、气候变化等问题。大力发展以风能和太阳能为代表的可再生能源是实现能源供给清洁化、可持续化的有效途经。但可再生能源具有间歇性、波动性等特点，发展电网级的储电系统是解决这一问题的有效途经。在现有的大规模储电技术中，液流电池因其可扩展性好，安全性好，寿命长，全周期寿命低，具有广阔的发展前景。
液流电池中，锌溴液流是一种新型液流储能电池，其具有能量密度高、高电池电压、低成本、材料来源广泛、环境友好等诸多优点，被认为是最具应用前景的大规模储能技术之一。可以广泛的应该用于电网调峰、可再生能源发电系统、不间断电源、应急电源系统和电动车系统。但锌溴液流电池也存在着工作电流密度低、溴透过隔膜与锌直接反应造成自放电、锌溴液电池组的正负极材料选择、正负极框架材料的耐化学性、热稳定性难以满足要求的技术问题。
锌溴液流电池组结构特殊，且正负极框架材料对电池组整体性能具有关键作用。目前锌溴液流电池组常用正负极框架材料有HDPE、PVC两种，电池组正负极框架材料的耐化学性、热稳定性、尺寸稳定性等难以满足客户要求。透明PVC可以很好的满足市场需求，同时在生产效率、应用安全性，安装便捷性等方面具有显著优势。
专利CN201120221037.9公开了一种锌溴液流电池及电池组，针对溴和溴盐的水溶液对电池材料具有腐蚀性，充电过程中锌电极上形成枝晶；由于溴在电解液中溶解度高，溶解的溴快速传质到锌电极表面，与锌直接反应，造成较严重的自放电的问题，提供一种结构简单，性能可靠、成本低的锌溴液流点值及电池组，虽然提到正负极框架材料的材质为PVC，但并未进一步研究如何对PVC材料进行改性，以提高框架材料的耐化学、热稳定以及尺寸稳定性，从而进一步提高电池组的整体性能。
在此基础上，本发明提出了一种PVC材料，能够用于锌溴液流电池正负极框架，通过往PVC材料中加入一定量的合成PE蜡和液体亚磷酸酯，并配合其它组分的使用，提供了一种耐化学性好、热稳定性优良、尺寸稳定性好以及高透明度的PVC电池组材料。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种耐化学性好、热稳定性优良、尺寸稳定好以及高透明度的锌溴液流电池正负极框架用PVC材料。
在本发明的一个技术方案中，提供一种PVC材料，其包含以下重量百分比的各组分：
PVC树脂75-85％；
合成PE蜡0.1-0.5％；
亚磷酸酯0.2-1.5％；
其中合成PE蜡的熔点在117-123℃；
所述的亚磷酸酯为完全无酚基团的液体亚磷酸酯。
选用的合成PE蜡能够迁移到产品外表面形成保护层，使得基体树脂不被溶液侵蚀，完全无酚的液体亚磷酸酯的加入对于提高产品透明性、热稳定性，抗老化性能均是有利的；本发明中选用特定种类的PE合成蜡和亚磷酸酯配合使用，能够保护正负极壳体材料在高温下不被腐蚀，不开裂不起皮，热稳定性，抗老化性能优异，透明性好。
在本发明的另一技术方案中，还提供一种锌溴液流电池正负极框架用PVC材料，其包含以下重量百分比的各组分：
Figure BDA0001896033840000021
Figure BDA0001896033840000031
其中所述的增韧剂1是由甲基丙烯酸甲酯、丁二烯、苯乙烯三元共聚而成；
所述增韧剂2为丙烯酸酯类；
所述增塑剂为环氧大豆油。
在本发明的另一个技术方案中，还提供了一种上述的PVC材料在锌溴液流电池或电池组中的应用，具体涉及PVC材料在锌溴液流电池或电池组正负级框架中的应用。
有益效果：
(1)PVC树脂在特定合成PE蜡和亚磷酸酯的作用下，能够显著提升正负电极框架材料的高温耐化学性，热稳定性以及透明性，保证材料外观不开裂、不起皮，产品热稳定性优异，使得锌溴液流电池组效率得以保障；
(2)有机锡稳定剂的加入改善了材料的热稳定和化学稳定性，不影响材料的透明度，环氧大豆油能够提高材料的流动性，提高生产效率，降低生产成本，增韧剂1和增韧剂2的使用保证了材料的韧性；
(3)本发明提供的PVC材料本色透明，有利于观察电池组中电解液的工作状态，能够显著提升电池组的使用安全系数。
具体实施方式：
下面结合具体的实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明中通过将制备的PVC材料在80℃下浸泡在电解液中336h，通过测定锌溴电解液的pH、材料外观、质量变化、透明度方面判断制备材料的性能是否满足要求。
具体测试方法是取2g制备得到的PVC材料在电解液中浸泡336h进行测定。
(1)锌溴电解液pH的测定结果评价标准
Figure BDA0001896033840000041
(2)材料外观评价标准
Figure BDA0001896033840000042
(3)质量变化(B)的评价标准(浸泡后制件质量会有增加，质量增重越小越好。)
Figure BDA0001896033840000043
(4)透明度(C)的评价标准(采用GB/T 2410,样品厚度2.0mm。)
Figure BDA0001896033840000044
具体各实施例和对比例的材料配方以及性能测试如下所示：
其中，
实施例一：
一种锌溴液流电池正负极框架用PVC材料，包括以下组分且各组分的质量比例为：PVC树脂75份，有机锡稳定剂2份，增韧剂115份，增韧剂20.5份，增塑剂0.5份，亚磷酸酯0.2份，氧化聚乙烯蜡0.1份，合成PE蜡0.1份；其中亚磷酸酯为无酚基团的亚磷酸酯，合成PE蜡-熔点117-123℃。
试验结果：
Figure BDA0001896033840000051
实施例二：
一种锌溴液流电池正负极框架用PVC材料，包括以下组分且各组分的质量比例为PVC树脂85份，有机锡稳定剂4份，增韧剂115份，增韧剂21份，增塑剂2份，亚磷酸酯1.5份，氧化聚乙烯蜡0.5份，合成PE蜡0.5份；其中亚磷酸酯为无酚基团的亚磷酸酯，合成PE蜡-熔点117-123℃。
试验结果：
Figure BDA0001896033840000052
Figure BDA0001896033840000061
实施例三：
一种锌溴液流电池正负极框架用PVC材料，包括以下组分且各组分的质量比例为PVC树脂80份，有机锡稳定剂3份，增韧剂110份，增韧剂20.8份，增塑剂1.2份，亚磷酸酯0.7份，氧化聚乙烯蜡0.4份，合成PE蜡0.4份；其中亚磷酸酯为无酚基团的亚磷酸酯，合成PE蜡-熔点117-123℃。
试验结果：
Figure BDA0001896033840000062
对比例1
一种锌溴液流电池正负极框架用PVC材料，包括以下组分且各组分的质量比例为PVC树脂80份，有机锡稳定剂3份，增韧剂110份，增韧剂20.8份，增塑剂1.2份，亚磷酸酯0.7份，氧化聚乙烯蜡0.4份；其中亚磷酸酯为无酚基团的亚磷酸酯。
试验结果：
Figure BDA0001896033840000063
Figure BDA0001896033840000071
对比例2
一种锌溴液流电池正负极框架用PVC材料，包括以下组分且各组分的质量比例为PVC树脂80份，有机锡稳定剂3份，增韧剂110份，增韧剂20.8份，增塑剂1.2份，氧化聚乙烯蜡0.4份，合成PE蜡0.4份；其中亚合成PE蜡-熔点117-123℃。
试验结果：
Figure BDA0001896033840000072
对比例3
一种锌溴液流电池正负极框架用PVC材料，包括以下组分且各组分的质量比例为PVC树脂80份，有机锡稳定剂3份，增韧剂110份，增韧剂20.8份，增塑剂1.2份，亚磷酸酯0.7份，氧化聚乙烯蜡0.4份，合成PE蜡0.4份；其中亚磷酸酯为无酚基团的亚磷酸酯，合成PE蜡-熔点106-110℃。
试验结果：
Figure BDA0001896033840000081
对比例4
一种锌溴液流电池正负极框架用PVC材料，包括以下组分且各组分的质量比例为PVC树脂80份，有机锡稳定剂3份，增韧剂110份，增韧剂20.8份，增塑剂1.2份，亚磷酸酯0.7份，氧化聚乙烯蜡0.4份，合成PE蜡0.4份；其中亚磷酸酯为含酚基团的亚磷酸酯，合成PE蜡-熔点117-123℃。
试验结果：
Figure BDA0001896033840000082

Claims (7)

1.一种PVC材料，其特征在于，以重量百分比计，所述材料中包含：
PVC树脂 75-85％；
合成PE蜡 0.1-0.5％；
亚磷酸酯 0.2-1.5％；
其中，所述合成PE蜡的熔点在117-123℃，所述亚磷酸酯为完全无酚的亚磷酸酯；取制备得到的2g材料在80℃下在电解液中浸泡336h，锌溴电解液的pH值不小于3。
2.根据权利要求1所述的PVC材料，其特征在于，以重量百分比计，所述材料中包含：
Figure FDA0002956534760000011
3.根据权利要求1所述的PVC材料，其特征在于，所述亚磷酸酯为液体亚磷酸酯。
4.根据权利要求2所述的PVC材料，其特征在于，所述增韧剂1由甲基丙烯酸甲酯、丁二烯、苯乙烯三元共聚而成，增韧剂2为丙烯酸酯类。
5.根据权利要求2所述的PVC材料，其特征在于，所述增塑剂为环氧大豆油。
6.权利要求1中所述的PVC材料在锌溴液流电池或电池组中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，具体是指PVC材料在锌溴液流电池或电池组中正负极框架中的应用。
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