CN111769300A - 全钒液流电池用铝基镀铜集流板的制备方法 - Google Patents

全钒液流电池用铝基镀铜集流板的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种全钒液流电池用铝基镀铜集流板的制备方法，步骤包括：铝板胚体成型；铝板胚体预处理：将铝板胚体进行二次碱洗，再经过热蒸馏水洗和冷蒸馏水洗得到预处理后的铝板胚体；铝板胚体预镀铜：将预处理后的铝板胚体置于第一电解液中进行电镀，采用冷蒸馏水洗得到预镀铜后的铝板；铝板镀铜：将预镀铜后的铝板置于第二电解液中进行电镀，在铝板上得到增厚的镀铜层后对铝板进行冷蒸馏水洗，再采用压缩空气吹干铝板。本发明既能保证良好的导电性能，又能降低集流板重量、降低成本。

Description

全钒液流电池用铝基镀铜集流板的制备方法
技术领域
本发明涉及全钒液流电池，特别涉及一种全钒液流电池用铝基镀铜集流板的制备方法。
背景技术
集流板（或称集流体）是全钒液流电池电堆的一个重要组成部分，集流板包括集流部和接线部，集流部通常为集流板板体的一部分，集流部与端电极处的双极板接触以收集电堆电流，接线部通常也称极耳，极耳用于与电堆外的电缆连接并将电流导出，因此集流板的机械性能和导电性能直接影响到全钒液流电池电堆的效率、寿命及成本等。
传统的全钒液流电池的集流板大都采用铜板，但存在重量大、成本高等缺点，现有的解决办法是将添加有导电填料的塑料粒子或塑料片与铜网或铜片进行热压复合来制造集流板或整合有集流板的复合端电极组件，这种技术可以在一定程度上降低集流板的重量，减少铜的使用量从而降低成本，但因热压工艺较复杂难以实现批量化生产，从而导致整体生产成本较高，同时导电填料的主要成分为PE、PP或PTFE塑料，其与金属之间的热膨胀系数差异较大，在温度变化较大的条件下容易造成开裂、剥离等问题，从而造成集流板在端电极处接触电解液失效。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全钒液流电池用铝基镀铜集流板的制备方法，该制备方法通过对铝板进行成型、碱洗、预镀铜和镀铜处理从而获得带增厚镀铜层的铝基集流板，既能保证良好的导电性能，又能降低集流板重量、降低成本。
本发明是这样实现的：
一种全钒液流电池用铝基镀铜集流板的制备方法，步骤如下：
（a）铝板胚体成型：采用机械加工裁切去掉铝板板体一端的两侧铝块，留下板体一端的中间部分作为所述集流板的极耳，采用铣削方法在铝板的一个板面上沿周边形成一圈薄边，在极耳上设置接线孔，得到铝板胚体；
（b）铝板胚体预处理：先将铝板胚体置于碱液中进行第一次碱洗，碱洗温度设定在40~70℃范围内，然后对铝板胚体进行热蒸馏水洗，再对铝板胚体进行第二次碱洗，碱洗温度设定在40~70℃范围内，接着对铝板胚体再进行热蒸馏水洗和冷蒸馏水洗得到预处理后的铝板胚体；
（c）铝板胚体预镀铜：将预处理后的铝板胚体置于第一电解液中进行电镀，阳极采用高纯度电解铜，阳极与阴极的表面积约为1~2倍，电镀过程中阴极电流密度为10~40mA/cm2，温度维持在20~45℃，然后采用冷蒸馏水洗得到预镀铜后的铝板；
（d）铝板镀铜：将预镀铜后的铝板置于第二电解液中进行电镀，阳极采用高纯度电解铜，阳极与阴极的表面积约为1~2倍，电镀过程中阴极电流密度为10~60mA/cm2，温度维持在20~45℃，在铝板上得到增厚的镀铜层后对铝板进行冷蒸馏水洗，再采用压缩空气吹干铝板。
所述步骤（a）中的铝板为矩形，板体厚度为4mm，所述极耳的长度约为15cm、宽度约为10cm，所述薄边的铣削深度为2mm、宽度为2cm，所述接线孔为两个且直径约为1cm。
所述步骤（b）中的碱液为含有氢氧化钠、磷酸三钠、硅酸钠、碳酸钠和硫酸钠的水溶液。
所述步骤（b）中第一次碱洗的温度为60℃、时间约为15分钟，第二次碱洗的温度为60℃、时间约为20分钟。
所述步骤（c）中的第一电解液包含硫酸铜、氢氧化钠、草酸钠、乙二胺乙二酸、氰化钠、氰化亚铜和铅。
所述步骤（c）中的阳极与阴极的表面积比约为1.5倍，电镀过程中阴极电流密度为30mA/cm2，温度维持在40℃。
所述步骤（d）中的第二电解液包含高浓度硫酸铜、硫酸、盐酸和光亮剂。
所述步骤（d）中的阳极与阴极的表面积比约为1.5倍，电镀过程中阴极电流密度为60mA/cm2，温度维持在40℃。
本发明全钒液流电池用铝基镀铜集流板的制备方法是先对铝板进行机械加工得到制作集流板所需的铝板胚体，然后对铝板胚体进行预处理碱洗后进行两次电镀铜处理，铝板在厚度和长宽尺寸上能保证较高的加工精度，有利于与其他塑料组件精密配合，带有增厚镀铜层的铝板与全钒液流电池的双极板之间的接触电阻较低，在保证良好的导电同时，能减少集流板的重量约2/3，从而降低电池整体重量，并能大幅节约集流板的制造成本。
附图说明
图1为本发明全钒液流电池用铝基镀铜集流板的制备方法的工艺流程图；
图2为本发明的全钒液流电池用铝基镀铜集流板的结构示意图。
图中，1极耳，2薄边，3接线孔，4凸台。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
参见图1和图2，一种全钒液流电池用铝基镀铜集流板的制备方法，其步骤如下：
步骤（a），铝板胚体成型：选取一块厚度为4mm的矩形铝板，将铝板板体一端两侧的板材分别沿边角的直边裁切去掉一个长约为16cm、宽约为10cm的矩形，形成板体一端的中间的长方形部分作为集流板的极耳1，极耳1的长度约为15cm、宽度约为10cm，在极耳1上对称设置两个接线孔3，接线孔3的直径约为1cm；在铝板的一个板面上沿板面边沿进行铣削处理形成一圈薄边2，铣削深度为2mm，铣削宽度为2cm，从而在铝板板面中间形成矩形的凸台4作为集流板与端电极处的双极板的接触部分，凸台4的形状和面积与双极板完全匹配。
步骤（b），铝板胚体预处理：先将铝板胚体置于碱液中进行第一次碱洗，碱洗温度设定在40~70℃范围内，然后对铝板胚体进行热蒸馏水洗，再对铝板胚体进行第二次碱洗精洗，碱洗温度设定在40~70℃范围内，接着对铝板胚体再进行热蒸馏水洗和冷蒸馏水洗得到预处理后的铝板胚体。本实施例中，碱液为含有氢氧化钠、磷酸三钠、硅酸钠、碳酸钠和硫酸钠的水溶液，第一次碱洗的温度为60℃、时间约为15分钟，第二次碱洗的温度为60℃、时间约为20分钟，通过碱洗、热水洗和冷水洗来去除铝板板面上的油脂和表层氧化铝物质。
步骤（c），铝板胚体预镀铜：将预处理后的铝板胚体置于第一电解液中进行电镀，阳极采用高纯度电解铜，阳极与阴极的表面积约为1~2倍，电镀过程中阴极电流密度为10~40mA/cm2，温度维持在20~45℃，然后采用冷蒸馏水洗得到预镀铜后的铝板。本实施例中，第一电解液包含硫酸铜、氢氧化钠、草酸钠、乙二胺乙二酸及少量的氰化钠、氰化亚铜和铅（参见表1如下），阳极与阴极的表面积比约为1.5倍，电镀过程中阴极电流密度为30mA/cm2，温度维持在40℃。
表1 第一电解液成分的质量浓度
名称 质量浓度（g/L）
硫酸铜 30
氢氧化钠 15
草酸钠 35
乙二胺乙二酸 10
氰化钠 8
氰化亚铜 3
铅 微量
步骤（d），铝板镀铜：将预镀铜后的铝板置于第二电解液中进行电镀，阳极采用高纯度电解铜，阳极与阴极的表面积约为1~2倍，电镀过程中阴极电流密度为10~60mA/cm2，温度维持在20~45℃，在铝板上得到增厚的镀铜层后对铝板进行冷蒸馏水洗，再采用压缩空气吹干铝板。本实施例中，第二电解液包含高浓度硫酸铜、硫酸、盐酸和光亮剂（参见表2如下），阳极与阴极的表面积比约为1.5倍，电镀过程中阴极电流密度为60mA/cm2，温度维持在40℃。
表2 第二电解液成分的质量浓度
名称 质量浓度（g/L）
硫酸铜 200~210
硫酸 60~90
盐酸 45~65
光亮剂 10
本发明全钒液流电池用铝基镀铜集流板的制备方法通过对铝板进行两次碱洗和两次电镀铜的加工处理从而得到带增厚镀铜层的铝基集流板，加工精度高，在保证良好的导电性能的同时，亦能减轻集流板重量、降低生产成本。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种全钒液流电池用铝基镀铜集流板的制备方法，其特征在于：其步骤如下：
（a）铝板胚体成型：采用机械加工裁切去掉铝板板体一端的两侧铝块，留下板体一端的中间部分作为所述集流板的极耳（1），采用铣削方法在铝板的一个板面上沿周边形成一圈薄边（2），在极耳上设置接线孔（3），得到铝板胚体；
（b）铝板胚体预处理：先将铝板胚体置于碱液中进行第一次碱洗，碱洗温度设定在40~70℃范围内，然后对铝板胚体进行热蒸馏水洗，再对铝板胚体进行第二次碱洗，碱洗温度设定在40~70℃范围内，接着对铝板胚体再进行热蒸馏水洗和冷蒸馏水洗得到预处理后的铝板胚体；
（c）铝板胚体预镀铜：将预处理后的铝板胚体置于第一电解液中进行电镀，阳极采用高纯度电解铜，阳极与阴极的表面积约为1~2倍，电镀过程中阴极电流密度为10~40mA/cm2，温度维持在20~45℃，然后采用冷蒸馏水洗得到预镀铜后的铝板；
铝板镀铜：将预镀铜后的铝板置于第二电解液中进行电镀，阳极采用高纯度电解铜，阳极与阴极的表面积约为1~2倍，电镀过程中阴极电流密度为10~60mA/cm2，温度维持在20~45℃，在铝板上得到增厚的镀铜层后对铝板进行冷蒸馏水洗，再采用压缩空气吹干铝板。
2.根据权利要求1所述的全钒液流电池用铝基镀铜集流板的制备方法，其特征在于：所述步骤（a）中的铝板为矩形，板体厚度为4mm，所述极耳（1）的长度约为15cm、宽度约为10cm，所述薄边（2）的铣削深度为2mm、宽度为2cm，所述接线孔（3）为两个且直径约为1cm。
3.根据权利要求1所述的全钒液流电池用铝基镀铜集流板的制备方法，其特征在于：所述步骤（b）中的碱液为含有氢氧化钠、磷酸三钠、硅酸钠、碳酸钠和硫酸钠的水溶液。
4.根据权利要求1或3所述的全钒液流电池用铝基镀铜集流板的制备方法，其特征在于：所述步骤（b）中第一次碱洗的温度为60℃、时间约为15分钟，第二次碱洗的温度为60℃、时间约为20分钟。
5.根据权利要求1所述的全钒液流电池用铝基镀铜集流板的制备方法，其特征在于：所述步骤（c）中的第一电解液包含硫酸铜、氢氧化钠、草酸钠、乙二胺乙二酸、氰化钠、氰化亚铜和铅。
6.根据权利要求1或5所述的全钒液流电池用铝基镀铜集流板的制备方法，其特征在于：所述步骤（c）中的阳极与阴极的表面积比约为1.5倍，电镀过程中阴极电流密度为30mA/cm2，温度维持在40℃。
7.根据权利要求1所述的全钒液流电池用铝基镀铜集流板的制备方法，其特征在于：所述步骤（d）中的第二电解液包含高浓度硫酸铜、硫酸、盐酸和光亮剂。
8.根据权利要求1或7所述的全钒液流电池用铝基镀铜集流板的制备方法，其特征在于：所述步骤（d）中的阳极与阴极的表面积比约为1.5倍，电镀过程中阴极电流密度为60mA/cm2，温度维持在40℃。
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