CN114976090A - 一种一体化双极反应板的制作方法 - Google Patents

一种一体化双极反应板的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及双极反应板的制作技术领域，尤其涉及一种一体化双极反应板的制作方法，针对当前现有的传统液流电池生产中采用堆叠双极板和电极的方式造成电池内阻过高，无法提高充放电电流密度的问题，现提出如下方案，其中包括以下步骤：S1：设计结构装置,S2:装置组装，S3：进行压制,S4：压制后处理，本发明的目的是通过制作出具有导流，扩散，导电，不透等功能的石墨双极板，同时将双极板和电池反应电极制作成一体结构替代了传统的浸渍工艺，使得制成的石墨板具有较高的不透性，有效减小电池内阻，提高电池反应的电流密度。

Description

一种一体化双极反应板的制作方法
技术领域
本发明涉及双极反应板的制作技术领域，尤其涉及一种一体化双极反应板的制作方法。
背景技术
石墨双极板具有良好的导电性，导热性，稳定性和耐腐蚀性，是燃料电池双极板理想的材料。目前市场上的液流电池用石墨双极板一般采用炭塑复合板或者不透性石墨雕刻版，使用时在双极板两侧叠放碳毡或碳布作为电极，用于电池反应的场所。该种方法中作为电极的碳毡或碳布与双极板之间采用外力将电极压紧在双极板上，电极与双极板的接触电阻较高，造成电池内阻很高，在高电流密度充放电时电池的能量效率急剧下降。
但是目前现有的传统液流电池生产中采用堆叠双极板和电极的方式造成电池内阻过高，无法提高充放电电流密度的问题，因此，我们提出一种一体化双极反应板的制作方法用于解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前现有的传统液流电池生产中采用堆叠双极板和电极的方式造成电池内阻过高，无法提高充放电电流密度等问题，而提出的一种一体化双极反应板的制作方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种一体化双极反应板的制作方法，包括以下步骤：
S1：设计结构装置：对所需的结构装置进行预设计；
S2：装置组装：将各部分装置通过设计进行组装；
S3：进行压制：将组装的结构放置在热压机上压制出预设的特征；
S4：压制后处理：对压制后的装置进行处理，并组装成电池进行测试；
优选的，所述S1中，在柔性石墨板两侧放置预制模具和模具，在预制模具和模具的外侧分别放置第一石墨毡和第二石墨毡，并将以上所述结构整体放在热压机内，热压机内在低温下施加压力使预制模具和模具镶嵌进柔性石墨板中，同时在保持压下对上述结构进行加热使预制模具和模具融化并扩散到柔性石墨板内，其中所述柔性石墨板选用预制膨胀石墨板，厚度为3mm，可压缩量为1.5mm，所述预制模具和模具选用可熔融的高分子材料PE制成，其中PE模具的厚度为1mm，所述第一石墨毡和第二石墨毡选用高导电高的石墨毡，且厚度为3mm；
优选的，所述S2中，将柔性石墨板、预制模具、模具、第一石墨毡和第二石墨毡按设计依次叠加起来；
优选的，所述S3中，将上述结构放置在热压机上，在常温下进行预压处理使柔性石墨板被预制模具和模具压制出预设的特征，其中预压压力2MPa，并保持2MPa压力，对上述结构进行加热处理，加热温度190℃，保温10min，使预制模具和模具完全熔化并渗入到柔性石墨板内，同时将柔性石墨板和第一石墨毡、第二石墨毡粘结在一起；
优选的，所述S4中，降低温度，并将压制好的石墨双极板取出得到一个具有流道和扩散层的石墨双极板，将得到的一体化复合双极板扩散层组装成全钒液流电池进行单电池测试，测量出所述组装成的全钒液流电池在不同的电流密度下库伦、电压及能量效率。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、通过制作出具有导流，扩散，导电，不透等功能的石墨双极板，同时将双极板和电池反应电极制作成一体结构替代了传统的浸渍工艺，使得制成的石墨板具有较高的不透性，有效减小电池内阻，提高电池反应的电流密度。
本发明的目的是通过制作出具有导流，扩散，导电，不透等功能的石墨双极板，同时将双极板和电池反应电极制作成一体结构替代了传统的浸渍工艺，使得制成的石墨板具有较高的不透性，有效减小电池内阻，提高电池反应的电流密度。
附图说明
图1为本发明提出的一种一体化双极反应板的制作方法的流程图；
图2为本发明提出的一种一体化双极反应板的制作方法中的装置设计图。
图中：1柔性石墨板、2预制模具、3模具、4第一石墨毡、5第二石墨毡。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例一
参照图1-2，一种一体化双极反应板的制作方法，包括以下步骤：
S1：设计结构装置：在柔性石墨板1两侧放置预制模具2和模具3，在预制模具2和模具3的外侧分别放置第一石墨毡4和第二石墨毡5，并将以上所述结构整体放在热压机内，热压机内在低温下施加压力使预制模具2和模具3镶嵌进柔性石墨板1中，同时在保持压下对上述结构进行加热使预制模具2和模具3融化并扩散到柔性石墨板1内，其中所述石墨板1选用预制膨胀石墨板，厚度为3mm，可压缩量为1.5mm，所述预制模具2和模具3选用可熔融的高分子材料PE制成，其中PE模具的厚度为1mm，所述第一石墨毡4和第二石墨毡5选用高导电高的石墨毡，且厚度为3mm；
S2：装置组装：将石墨板1、预制模具2、模具3、第一石墨毡4和第二石墨毡5按设计依次叠加起来；
S3：进行压制：将上述结构放置在热压机上，在常温下进行预压处理使石墨板被模具压制出预设的特征，其中预压压力2MPa，并保持2MPa压力，对上述结构进行加热处理，加热温度190℃，保温10min，使模具完全熔化并渗入到石墨板内，同时将石墨板和石墨毡粘结在一起；
S4：压制后处理：降低温度，并将压制好的石墨双极板取出得到一个具有流道和扩散层的石墨双极板，将得到的一体化复合双极板扩散层组装成全钒液流电池进行单电池测试，测量出所述组装成的全钒液流电池在不同的电流密度下库伦、电压及能量效率。
实施例二
参照图1-2，一种一体化双极反应板的制作方法，包括以下步骤：
S1：设计结构装置：在柔性石墨板1两侧放置预制模具2和模具3，在预制模具2和模具3的外侧分别放置第一石墨毡4和第二石墨毡5，并将以上所述结构整体放在热压机内，热压机内在低温下施加压力使预制模具2和模具3镶嵌进柔性石墨板1中，同时在保持压下对上述结构进行加热使预制模具2和模具3融化并扩散到柔性石墨板1内；
S2：装置组装：将石墨板1、预制模具2、模具3、第一石墨毡4和第二石墨毡5按设计依次叠加起来；
S3：进行压制：将上述结构放置在热压机上，在常温下进行预压处理使石墨板被模具压制出预设的特征，其中预压压力2MPa，并保持2MPa压力，对上述结构进行加热处理，加热温度190℃，保温10min，使模具完全熔化并渗入到石墨板内，同时将石墨板和石墨毡粘结在一起；
S4：压制后处理：降低温度，并将压制好的石墨双极板取出得到一个具有流道和扩散层的石墨双极板，将得到的一体化复合双极板扩散层组装成全钒液流电池进行单电池测试，测量出所述组装成的全钒液流电池在不同的电流密度下库伦、电压及能量效率。
实施例三
参照图1-2，一种一体化双极反应板的制作方法，包括以下步骤：
S1：设计结构装置：在柔性石墨板1两侧放置预制模具2和模具3，在预制模具2和模具3的外侧分别放置第一石墨毡4和第二石墨毡5，并将以上所述结构整体放在热压机内，热压机内在低温下施加压力使预制模具2和模具3镶嵌进柔性石墨板1中，同时在保持压下对上述结构进行加热使预制模具2和模具3融化并扩散到柔性石墨板1内，其中所述石墨板1选用预制膨胀石墨板，厚度为3mm，可压缩量为1.5mm，所述预制模具2和模具3选用可熔融的高分子材料PE制成，其中PE模具的厚度为1mm，所述第一石墨毡4和第二石墨毡5选用高导电高的石墨毡，且厚度为3mm；
S2：装置组装：将石墨板1、预制模具2、模具3、第一石墨毡4和第二石墨毡5按设计依次叠加起来；
S3：进行压制：将上述结构放置在热压机上，在常温下进行预压处理使石墨板被模具压制出预设的特征；
S4：压制后处理：降低温度，并将压制好的石墨双极板取出得到一个具有流道和扩散层的石墨双极板，将得到的一体化复合双极板扩散层组装成全钒液流电池进行单电池测试，测量出所述组装成的全钒液流电池在不同的电流密度下库伦、电压及能量效率。
实施例四
参照图1-2，一种一体化双极反应板的制作方法，包括以下步骤：
S1：设计结构装置：在柔性石墨板1两侧放置预制模具2和模具3，在预制模具2和模具3的外侧分别放置第一石墨毡4和第二石墨毡5，并将以上所述结构整体放在热压机内，热压机内在低温下施加压力使预制模具2和模具3镶嵌进柔性石墨板1中，同时在保持压下对上述结构进行加热使预制模具2和模具3融化并扩散到柔性石墨板1内；
S2：装置组装：将石墨板1、预制模具2、模具3、第一石墨毡4和第二石墨毡5按设计依次叠加起来；
S3：进行压制：将上述结构放置在热压机上，在常温下进行预压处理使石墨板被模具压制出预设的特征；
S4：压制后处理：降低温度，并将压制好的石墨双极板取出得到一个具有流道和扩散层的石墨双极板，将得到的一体化复合双极板扩散层组装成全钒液流电池进行单电池测试，测量出所述组装成的全钒液流电池在不同的电流密度下库伦、电压及能量效率。
实施例五
参照图1-2，一种一体化双极反应板的制作方法，包括以下步骤：
S1：设计结构装置：在柔性石墨板1两侧放置预制模具2和模具3，在预制模具2和模具3的外侧分别放置第一石墨毡4和第二石墨毡5，并将以上所述结构整体放在热压机内，热压机内在低温下施加压力使预制模具2和模具3镶嵌进柔性石墨板1中，同时在保持压下对上述结构进行加热使预制模具2和模具3融化并扩散到柔性石墨板1内，其中所述石墨板1选用预制膨胀石墨板，厚度为3mm，可压缩量为1.5mm，所述预制模具2和模具3选用可熔融的高分子材料PE制成，其中PE模具的厚度为1mm，所述第一石墨毡4和第二石墨毡5选用高导电高的石墨毡，且厚度为3mm；
S2：装置组装：将石墨板1、预制模具2、模具3、第一石墨毡4和第二石墨毡5按设计依次叠加起来；
S3：进行压制：将上述结构放置在热压机上，在常温下进行预压处理使石墨板被模具压制出预设的特征，其中预压压力2MPa，并保持2MPa压力，对上述结构进行加热处理，加热温度190℃，保温10min，使模具完全熔化并渗入到石墨板内，同时将石墨板和石墨毡粘结在一起。
将实施例一、实施例二、实施例三、实施例四和实施例五中一种一体化双极反应板的制作方法进行试验，得出结果如下：
Figure BDA0003677573570000081
实施例一、实施例二、实施例三、实施例四和实施例五制得一体化双极反应板的制作方法对比现有方法电流密度有了显著提高，电池内阻有了显著下降，且实施例一为最佳实施例。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种一体化双极反应板的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：设计结构装置：对所需的结构装置进行预设计；
S2：装置组装：将各部分装置通过设计进行组装；
S3：进行压制：将组装的结构放置在热压机上压制出预设的特征；
S4：压制后处理：对压制后的装置进行处理，并组装成电池进行测试。
2.根据权利要求1所述的一种一体化双极反应板的制作方法，其特征在于，所述S1中，在柔性石墨板(1)两侧放置预制模具(2)和模具(3)，在预制模具(2)和模具(3)的外侧分别放置第一石墨毡(4)和第二石墨毡(5)，并将以上所述结构整体放在热压机内。
3.根据权利要求2所述的一种一体化双极反应板的制作方法，其特征在于，热压机内在低温下施加压力使预制模具(2)和模具(3)镶嵌进柔性石墨板(1)中，同时在保持压下对上述结构进行加热使预制模具(2)和模具(3)融化并扩散到柔性石墨板(1)内。
4.根据权利要求2所述的一种一体化双极反应板的制作方法，其特征在于，所述柔性石墨板(1)选用预制膨胀石墨板，厚度为3mm，可压缩量为1.5mm，所述预制模具(2)和模具(3)选用可熔融的高分子材料PE制成，其中PE模具的厚度为1mm，所述第一石墨毡(4)和第二石墨毡(5)选用高导电高的石墨毡，且厚度为3mm。
5.根据权利要求3所述的一种一体化双极反应板的制作方法，其特征在于，所述S2中，将柔性石墨板(1)、预制模具(2)、模具(3)、第一石墨毡(4)和第二石墨毡(5)按设计依次叠加起来。
6.根据权利要求1所述的一种一体化双极反应板的制作方法，其特征在于，所述S3中，将上述结构放置在热压机上，在常温下进行预压处理使石墨板被模具压制出预设的特征，其中预压压力2MPa。
7.根据权利要求6所述的一种一体化双极反应板的制作方法，其特征在于，保持2MPa压力，对上述结构进行加热处理，加热温度190℃，保温10min，使预制模具(2)、模具(3)完全熔化并渗入到柔性石墨板(1)内，同时将柔性石墨板(1)和第一石墨毡(4)、第二石墨毡(5)粘结在一起。
8.根据权利要求1所述的一种一体化双极反应板的制作方法，其特征在于，所述S4中，降低温度，并将压制好的石墨双极板取出得到一个具有流道和扩散层的石墨双极板，将得到的一体化复合双极板扩散层组装成全钒液流电池进行单电池测试，测量出所述组装成的全钒液流电池在不同的电流密度下库伦、电压及能量效率。
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