CN110492122A - 一种复合型双极板导电塑料板及其制备方法制备设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于复合型双极板的导电塑料板，包括以下重量份的组分：基材树脂35％‑55％；超导电炭黑10‑20％；导电石墨20‑50％；碳纳米管5‑15％；相容剂0.5‑10％；增韧剂3‑30％；所述基材树脂为聚乙烯或聚丙烯，上述导电塑料板具有软化温度低、导电性好、耐腐蚀的特点。

Description

一种复合型双极板导电塑料板及其制备方法制备设备
技术领域
本发明涉及液流电池技术领域，更具体的说是涉及一种复合型双极板导电塑料板及其制备方法制备设备。
背景技术
双极板是液流电池的关键部件之一，是收集传导电流、分隔正负极电解液的导电隔板。单个所述双极板的一面作为负极，另一面作为正极。不同电池体系会使用不同材料做为双极板。在现有的液流电池中，主要使用石墨板或导电塑料板做为双极板基材，为了增加双极板的电化学反应面积，会在电池组装时，在石墨板或导电塑料板表面贴合一层导电碳毡或石墨毡。这种贴合，是靠电池内部极板、隔膜、支撑网之间的紧装配使碳毡或石墨毡与双极板基材贴合。这种贴合的方式中，双极板基材和导电毡之间采用机械压紧方式接触，导致双极板和导电毡之间的有效接触面积小，接触电阻大，影响电池电压效率；并且不同的压紧力对接触电阻影响较大，电池一致性差；此外电池使用过程中，液流的影响以及材料的变形，都会使接触变差，导致接触电阻进一步增加。本领域人员通过将导电塑料板的表层和导电毡的表层焊接在一起，制作复合型双极板，来降低双极板和导电毡之间的接触电阻。但在实验过程中发现目前市场上现有的导电塑料板存在下列问题：
基材不耐腐蚀：液流电池的电解液是一种强氧化性、强酸性的液体，市售的导电塑料基材例如PVC、PA6、ABS等都是不耐电解液腐蚀的材料；
软化温度过高：还有的导电塑料基材为四氟类树脂的，此种导电塑料的软化温度过高，在焊接过程中很难将导电塑料软化，导电毡不能很好地嵌入到基材当中；
电阻过大：市场上的抗静电塑料电阻为108-10Ω·cm，导电塑料普遍的电阻为103-5Ω·cm，低电阻的导电塑料也只能到100Ω·cm的水平，对于制作复合型双极板来说，电阻仍然太大，在焊接过程中双极板发热量大，冷却后变形严重。
因此，如何提供一种全部或部分解决上述技术问题的导电塑料板是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种软化温度低、导电性好、耐腐蚀的导电塑料板，具体发明内容如下：
一种适用于复合型双极板的导电塑料板，包括以下重量份的组分：
所述基材树脂为聚乙烯或聚丙烯。
本发明的有益效果是：通过采用聚乙烯或聚丙烯作为基材树脂，两者均具有优良的耐腐蚀性，且两者的热形变(即软化)温度为77-120℃，有效降低了基材树脂的软化难度，此外还通过添加导电添加剂(超导电炭黑、导电石墨、碳纳米管)来构建导电体系，通过导电添加剂在基材树脂中互相搭接形成通路从而使其具有导电的功能；因为导电添加剂添加的比例较大，添加相容剂、增韧剂的目的在于改善导电添加剂与基材树脂之间的相容性，提高挤出成型中的稳定性，提高最终产品的力学性能；此外，通过上述技术方案可使导电塑料板的电阻降低至2-4Ω·mm，与现有导电塑料板相比大大降低其电阻，有效避免受热变形及减少事故发生率。
优选的，包括以下重量份的组分：
优选的，所述相容剂为PE-g-MAH相容剂，所述增韧剂为POE增韧剂。
本发明还提供一种适用于复合型双极板的导电塑料板的制备方法，包括以下步骤：
备料：按各组分配比将各组分添加到混合装置中；
混合：将各组分混合30-60min；
成型：通过挤出成型或压塑成型的方式制成导电塑料板。
进一步的，所述成型步骤中，挤出成型包括混合熔融步骤和冷却成型步骤。
优选的，所述熔融步骤的加工温度为140-250℃，冷却成型采用自然冷却。
本发明还提供一种适用于复合型双极板的导电塑料板的制备设备，包括：
旋转筒，所述旋转筒上端开设有进料口，下端开设有出料口，所述旋转筒的外侧壁对称设置有转轴；
机架，所述转轴安装于所述机架上并与所述机架转动连接；
驱动装置，所述驱动装置与所述转轴传动连接。
进一步的，所述进料口上设置有进料盖板，所述出料口上设置有出料盖板，所述进料盖板上设置有锁紧螺栓。
进一步的，所述驱动装置包括：
电机，所述电机设置于所述机架上，其输出端连接有电机轮；
第一从动轮，所述电机轮与所述第一从动轮通过第一皮带传动连接；
第二从动轮，所述第一从动轮与所述第二从动轮通过第二皮带传动连接，所述第二从动轮与所述转轴传动连接。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供导电塑料板的结构示意图；
图2附图为本发明提供的制备方法流程图；
图3附图为本发明提供的制备设备结构正视图；
图4附图为本发明提供的制备设备结构侧视图。
其中，101-导电塑料板，201-备料，202-混合，203-熔融，204-成型，301-锁紧螺栓，302-进料盖板，303-筒体，304-出料盖板，305-第二从动轮，306-第二皮带，307-第一从动轮，308-电机轮，309-电机，310-皮带罩，311-机架312-第一皮带。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以下结合导电塑料板样板进行对比说明：
实施例1
本实施例一种适用于复合型双极板的导电塑料板101，包括以下重量的组分：
聚乙烯37g，超导电炭黑12g，导电石墨30g，碳纳米管8g，PE-g-MAH相容剂5g,POE增韧剂8g。
制备方法如下：
备料201：按照上述重量备好各组分；
混合202：关闭出料盖板304进而关闭出料口，打开进料盖板从进料口加入上述各物料到筒体303中，启动电机309，依次带动电机轮308、第一皮带312、第一从动轮307、第二皮带306和第二从动轮305进而带动转轴使整个筒体303以转轴为轴心旋转，将筒体303内部的物料充分混合202，混合202后关闭电机309，打开出料盖板304将混合202物料从出料口排出备用；
熔融203：通过双螺杆挤出机对混合202物料熔融203并进一步混合202，混合后挤出并通过成型辊制成型坯，成型辊温度为50-95℃；
成型204：常温下自然冷却，制得导电塑料板101。
在本实施例中，筒体303的转轴通过机架311支撑，各皮带外相隔一定间隙安装皮带罩310用于保护皮带，皮带罩310可与机架311进行固定，进料盖板302可以通过锁紧螺栓301与进料口进行锁紧。
导电塑料板101成型204后进行参数测试，测试结果如下：电阻：2.3Ω·mm，热变形温度为80.4℃，对于液流电池的电解液耐腐蚀性强。
实施例2
本实施例一种适用于复合型双极板的导电塑料板101，包括以下重量的组分：
聚丙烯40g，超导电炭黑10g，导电石墨25g，碳纳米管10g，PE-g-MAH相容剂4g,POE增韧剂15g。
制备方法如下：
备料201：按照上述重量备好各组分；
混合202：关闭出料盖板304进而关闭出料口，打开进料盖板从进料口加入上述各物料到筒体303中，启动电机309，依次带动电机轮308、第一皮带312、第一从动轮307、第二皮带306和第二从动轮305进而带动转轴使整个筒体303以转轴为轴心旋转，将筒体303内部的物料充分混合202，混合202后关闭电机309，打开出料盖板304将混合202物料从出料口排出备用；
熔融203：通过双螺杆挤出机对混合202物料熔融203并进一步混合202，混合后挤出并通过成型辊制成型坯，成型辊温度为50-95℃；
成型204：常温下自然冷却，制得导电塑料板101。
导电塑料板101成型204后进行参数测试，测试结果如下：电阻：2.9Ω·mm，热变形温度为95.6℃，对于液流电池的电解液耐腐蚀性较强。
实施例3
本实施例一种适用于复合型双极板的导电塑料板101，包括以下重量的组分：
聚乙烯48g，超导电炭黑15g，导电石墨28g，碳纳米管6g，PE-g-MAH相容剂8g,POE增韧剂15g。
制备方法如下：
备料201：按照上述重量备好各组分；
混合202：关闭出料盖板304进而关闭出料口，打开进料盖板从进料口加入上述各物料到筒体303中，启动电机309，依次带动电机轮308、第一皮带312、第一从动轮307、第二皮带306和第二从动轮305进而带动转轴使整个筒体303以转轴为轴心旋转，将筒体303内部的物料充分混合202，混合202后关闭电机309，打开出料盖板304将混合202物料从出料口排出备用；
熔融203：通过双螺杆挤出机对混合202物料熔融203并进一步混合202，混合后挤出并通过成型辊制成型坯，成型辊温度为50-95℃；
成型204：常温下自然冷却，制得导电塑料板101。
导电塑料板101成型204后进行参数测试，测试结果如下：电阻：3.6Ω·mm，热变形温度为85.7℃，对于液流电池的电解液耐腐蚀性较强。
本发明提供了一种复合型双极板导电塑料板及其制备方法制备设备，通过采用聚乙烯或聚丙烯作为基材树脂，两者均具有优良的耐腐蚀性，且两者的热形变(即软化)温度为77-120℃，有效降低了基材树脂的软化难度，此外还通过添加导电添加剂(超导电炭黑、导电石墨、碳纳米管)来构建导电体系，通过导电添加剂在基材树脂中互相搭接形成通路从而使其具有导电的功能；因为导电添加剂添加的比例较大，添加相容剂、增韧剂的目的在于改善导电添加剂与基材树脂之间的相容性，提高挤出成型中的稳定性，提高最终产品的力学性能；此外，通过上述技术方案可使导电塑料板的电阻降低至2-4Ω·mm，与现有导电塑料板相比大大降低其电阻，有效避免受热变形及减少事故发生率。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种适用于复合型双极板的导电塑料板，其特征在于，包括以下重量份的组分：
所述基材树脂为聚乙烯或聚丙烯。
2.根据权利要求1所述的一种适用于复合型双极板的导电塑料板，其特征在于，包括以下重量份的组分：
3.根据权利要求1或2所述的一种适用于复合型双极板的导电塑料板，其特征在于，所述相容剂为PE-g-MAH相容剂，所述增韧剂为POE增韧剂。
4.一种适用于复合型双极板的导电塑料板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
备料：按各组分配比将各组分添加到混合装置中；
混合：将各组分混合30-60min；
成型：通过挤出成型或压塑成型的方式制成导电塑料板。
5.根据权利要求4所述的一种适用于复合型双极板的导电塑料板的制备方法，其特征在于，所述成型步骤中，挤出成型包括混合熔融步骤和冷却成型步骤。
6.根据权利要求5所述的一种适用于复合型双极板的导电塑料板的制备方法，其特征在于，所述熔融步骤的加工温度为140-250℃，冷却成型采用自然冷却。
7.一种适用于复合型双极板的导电塑料板的制备设备，其特征在于，包括：
筒体(303)，所述筒体(303)上端开设有进料口，下端开设有出料口，所述筒体(303)的外侧壁对称设置有转轴；
机架(311)，所述转轴安装于所述机架(311)上并与所述机架(311)转动连接；
驱动装置，所述驱动装置与所述转轴传动连接。
8.根据权利要求7所述的一种适用于复合型双极板的导电塑料板的制备设备，其特征在于，所述进料口上设置有进料盖板(302)，所述出料口上设置有出料盖板(304)。
9.根据权利要求8所述的一种用于复合型双极板的导电塑料板的制备设备，其特征在于，所述进料盖板(302)上设置有锁紧螺栓(301)。
10.根据权利要求7所述的一种适用于复合型双极板的导电塑料板的制备设备，其特征在于，所述驱动装置包括：
电机(309)，所述电机(309)设置于所述机架(311)上，其输出端连接有电机轮(308)；
第一从动轮(307)，所述电机轮(308)与所述第一从动轮(307)通过第一皮带(312)传动连接；
第二从动轮(305)，所述第一从动轮(307)与所述第二从动轮(305)通过第二皮带(306)传动连接，
所述第二从动轮(305)与所述转轴传动连接。
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