CN113921844A - 基于丁苯橡胶的全钒液流电池用双极板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于全钒液流电池用双极板技术领域，具体涉及基于丁苯橡胶的全钒液流电池用双极板及其制备方法。本发明所要解决的技术问题是提供基于丁苯橡胶的全钒液流电池用双极板及其制备方法。该基于丁苯橡胶的全钒液流电池用双极板是将50‑70份膨胀石墨与2‑5份硫磺混合均匀后，再与30‑50份丁苯橡胶塑炼均匀后，热压硫化得到。所制备的双极板，其电阻率为12‑103mΩ·cm，弯曲强度为23‑31MPa，断裂伸长率为34‑76％。

Description

基于丁苯橡胶的全钒液流电池用双极板及其制备方法
技术领域
本发明属于全钒液流电池用双极板技术领域，具体涉及基于丁苯橡胶的全钒液流电池用双极板及其制备方法。
背景技术
随着全球可再生绿色能源的快速发展，风电和光伏发电成为重点发展的方向。但风电、光伏发电等发电方式受外界环境的影响较大，其电力输出不稳定，易造成电网的波动，增加运营成本。因此部分发电量变成了“垃圾电”，甚至被“弃电”。为了新能源的推广和使用，完成“双碳”目标，储能成为一个很好的技术措施。储能是指将富余的能量通过不同方式储存起来，以便在需要时利用的技术。通过储能可以实现电网的削峰填谷，保证电网的平稳运行。目前的储能设施中，抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能等物理储能方式受地理条件的限制比较大。化学储能(主要是电池储能)具有可快速布置，规模可控等优势。其中全钒液流电池具有安全可靠、环境友好、有一定过载和深放电能力等优点，在储能技术中具有独特的优势。
全钒液流电池系统中电堆是核心，其由电极、液流框、离子交换膜、双极板、端板等部件构成。其中双极板的功能主要是隔绝正负极电解液，并形成电流通路。由于全钒液流电池中电解液是酸性水溶液，因此必须要求双极板具有很好的耐酸和耐腐性。目前的研究认为基于石墨填充的聚合物是最适用于全钒液流电池双极板的材料。其中，石墨填料提供完整的导电通路，聚合物基底起物理支撑和防腐蚀的作用。但为了提高双极板的导电性，往往需要较高的石墨填充量，这会导致材料整体的力学性能较差。因此，如何实现导电性和力学性能的平衡是制备高性能全钒液流电池用双极板的一个难题。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供基于丁苯橡胶的全钒液流电池用双极板及其制备方法，该全钒液流电池用双极板能同时满足全钒液流电池系统对于双极板导电性和力学性能的要求。
本发明所要解决的第一个技术问题是提供基于丁苯橡胶的全钒液流电池用双极板，包括如下质量配比的原料：丁苯橡胶30-50份，膨胀石墨50-70份，硫磺2-5份。
其中，所述丁苯橡胶为丁苯橡胶生胶。
其中，所述膨胀石墨粒径小于100目。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述基于丁苯橡胶的全钒液流电池用双极板的制备方法，包括以下步骤：将50-70份膨胀石墨与2-5份硫磺混合均匀后，再与30-50份丁苯橡胶塑炼均匀后，热压硫化得到双极板。
其中，所述硫化温度为150-170℃。
其中，所述热压压力为10-20MPa。
其中，所述热压时间为15-30分钟。
有益效果：相比现有的塑料基材，橡胶基双极板具有更好的柔韧性，可以满足电堆的长时间使用，尤其是大电堆中的应用。本发明通过硫化剂硫磺的化学连接后，使得膨胀石墨填料和橡胶基材结合后更紧密、分散更均匀，形成更完整的导电网络和应力传导体系，从而利于力学性能和导电性能的提升。本发明体系采用的原料易得，价格低廉，市场稳定，加工方法十分成熟，利于整体成本的控制，具有一定的工艺优势。通过本发明所制备的双极板，其电阻率为12-103mΩ·cm，弯曲强度为23-31MPa，断裂伸长率为34-76％。
附图说明
图1为本发明实施例3制得的样品拉伸曲线图。
具体实施方式
本发明提供了基于丁苯橡胶的全钒液流电池用双极板，该双极板是由未硫化的聚苯乙烯丁二烯共聚物(丁苯橡胶生胶)和膨胀石墨在硫化剂硫磺的参与下以质量份计，按如下配比经开炼机塑炼后而成：丁苯橡胶30-50份，膨胀石墨50-70份，硫磺2-5份。
膨胀石墨是由天然石墨鳞片经插层、水洗、干燥、高温膨化后得到的一种疏松多孔的蠕虫状物质。相比天然石墨，膨胀石墨更柔软、具有一定的压缩回弹性，利于提升其与基材复合时的力学性能。同时其表面存在部分活泼基团，可通过化学反应与聚合物参与接枝。
橡胶是聚合物中柔韧性最好的，即使添加较多的粉体填充物依然能够具有一定的力学性能。同时，橡胶硫化过程中存在大量的化学反应，因此本发明通过硫化剂将膨胀石墨和橡胶化学接枝，形成一个完整的体系。当固相添加物(膨胀石墨)和基材(橡胶)通过化学连接形成均一相后，更利于导电网络的形成和基材力学性能的维持，从而制得性能更佳的双极板。
本发明所制备的双极板，其电阻率为12-103mΩ·cm，弯曲强度为23-31MPa，断裂伸长率为34-76％。
本发明提供的双极板，是将50-70份膨胀石墨与2-5份硫磺高速混合均匀后，再与30-50份丁苯橡胶生胶通过开炼机炼制。炼制均匀后，通过模具热压硫化得到双极板。
下面将结合具体实施例对本发明内容进一步解释和说明。以下具体实施例中的物料份数均为质量份。膨胀石墨粒径小于100目，硫磺纯度为AR级。
实施例1
取膨胀石墨70份与2份硫磺通过高速混合机混合10分钟，然后与30份丁苯橡胶生胶在70℃下开炼至均一。取开炼后的橡胶复合物于模具中，在温度150℃，压力20MPa下热压30分钟成型，得到双极板。
该双极板的电阻率为12mΩ·cm，弯曲强度为23MPa，断裂伸长率为34％。
实施例2
取膨胀石墨60份与3份硫磺通过高速混合机混合10分钟，然后与40份丁苯橡胶生胶在65℃下开炼至均一。取开炼后的橡胶复合物于模具中，在温度160℃，压力15MPa下热压25分钟成型，得到双极板。
该双极板的电阻率为41mΩ·cm，弯曲强度为26MPa，断裂伸长率为51％。
实施例3
取膨胀石墨50份与5份硫磺通过高速混合机混合10分钟，然后与50份丁苯橡胶生胶在60℃下开炼至均一。取开炼后的橡胶复合物于模具中，在温度170℃，压力10MPa下热压15分钟成型，得到双极板。
该双极板的电阻率为103mΩ·cm，弯曲强度为31MPa。
图1为实施例3所制备样品的拉伸曲线，反应了样品应变随应力变化的关系，可以发现其断裂伸长率为76％。
对比例1
取普通石墨粉70份与2份硫磺通过高速混合机混合10分钟，然后与30份丁苯橡胶生胶在70℃下开炼至均一。取开炼后的橡胶复合物于模具中，在温度150℃，压力20MPa下热压30分钟成型，得到双极板。
该双极板的电阻率为43mΩ·cm，弯曲强度为17MPa，断裂伸长率为13％。

Claims (6)

1.基于丁苯橡胶的全钒液流电池用双极板，其特征在于：包括如下质量配比的原料：丁苯橡胶30-50份，膨胀石墨50-70份，硫磺2-5份。
2.根据权利要求1所述的基于丁苯橡胶的全钒液流电池用双极板，其特征在于：所述膨胀石墨粒径小于100目。
3.权利要求1或2所述的基于丁苯橡胶的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：将50-70份膨胀石墨与2-5份硫磺混合均匀后，再与30-50份丁苯橡胶塑炼均匀后，热压硫化得到双极板。
4.根据权利要求3所述的基于丁苯橡胶的全钒液流电池用双极板的制备方法，其特征在于：所述硫化温度为150-170℃。
5.根据权利要求3或4所述的基于丁苯橡胶的全钒液流电池用双极板的制备方法，其特征在于：所述热压压力为10-20MPa。
6.根据权利要求3-5任一项所述的基于丁苯橡胶的全钒液流电池用双极板的制备方法，其特征在于：所述热压时间为15-30分钟。
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