CN117199420A - 一种液流电池石墨复合材料双极板及制备方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液流电池石墨复合材料双极板及制备方法和装置，其中方法包括以下步骤：将蠕虫石墨粉、短切碳纤维和树脂溶液混合均匀，得到浆料状混合料体；对混合料体进行辊压得到预制石墨复合材料板；后将所述预制石墨复合材料板加热软化后再进行辊压并获得两面带流道的石墨复合材料双极板。本发明提供的制备方法主要采用蠕虫石墨粉和短切碳纤维作为基料，与树脂溶液混合均匀，并通过辊压得到预制石墨复合材料板，后加热后辊压得到双极板，充分利用蠕虫石墨粉和短切碳纤维的力学性能，使得树脂与蠕虫石墨粉和短切碳纤维混合均匀，提高双极板致密性及力学性能，采用辊压的方式连续制备双极板，能够实现连续化大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及液流电池技术领域，具体涉及一种液流电池石墨复合材料双极板及制备方法和装置。
背景技术
液流电池具有安全性高、循环寿命高、可扩展等特点，是一种较为理想的大规模储能技术，具有较好的发展前景。双极板作为液流电池的重要组成部分，起到了分隔电解液、串联电池、传导电流、为电堆提供结构支撑等作用。因此，双极板需要具有较高的导电性、机械强度、气密性以及耐腐蚀性，同时应具有易于加工、成本较低的特点。
目前，液流电池常用的双极板为碳素复合材料双极板，现有方法制备的双极板，通常是利用导电剂的相互搭接形成导电网络，然后再填充高分子树脂形成双极板的阻隔液体性能，但是会使得其导电性能较低，无法满足液流电池大电流密度的使用要求，有些即使能够使得制得的双极板导电性能较好，但是生产成本较高，也不能连续大规模生产。
例如：
相关技术1，一些双极板使用模具以及特定工装进行加工，导致尺寸发生改变时模具以及工装的报废率较高，工艺设备比较复杂，难以实现大批量生产，且生产周期较长。
相关技术2，申请号为CN202110620202.6，名称为 一种液流电池双极板材料及其制备方法的专利申请，双极板由导电多孔材料和聚合物组成，分为上层、中间层和下层三层，上下两层为导电多孔材料，中间层为导电多孔材料内部的孔充满聚合物形成的聚合物填充层，虽致密性较高，但是浸入、固化、定型等均需数小时，制作周期太长，且制备的双极板存在分层的现象，使制得的双极板导电性和力学性能较低。
相关技术3，申请号为CN202210956710.6，名称为一种复合双极板材料及其制备方法和应用的专利申请，双极板通过使用柔性石墨纸、含氟高分子树脂粉末、短切碳纤维为原料，通过多次层叠铺装后，然后进行常温预辊压，最后以热模压的方式制备成型，但是，厚度为0.84mm双极板需要经过9次层叠铺装，工艺比较复杂，生产效率低，且在铺装含氟高分子树脂粉末、短切碳纤维过程中很难实现快速、均匀铺装，对后续所制备的双极板性能会有较大的影响。同时，含氟高分子树脂要完全渗透到两侧柔性石墨纸中且要保证柔性石墨纸之间不存在分层现象，需要精确控制热压温度及时间，双极板热压制备时间较长，无法连续化批量化快速制备。
相关技术4，申请号为CN202110719525.0，名称为一种连续成型制备石墨复合双极板的方法的专利申请，双极板采用双极板骨料卷材经过树脂槽浸渍树脂后表面被树脂包覆，经预压、干燥辊预压、整平后在两面涂覆导电浆料，由于双极板骨料卷材表面的树脂没有清洗，导电浆料与双极板骨料之前存在一层树脂，对最终制成双极板导电性能有很大的影响，且热压固化时间较长，生产效率较低。
相关技术5，申请号为CN202110719525.0，名称为一种高强度柔性石墨双极板及其制备方法，该专利的具体工艺路线为首先在模具中填入石墨蠕虫直接模压出带流道的双极板，然后放入酚醛树脂中浸渍，再进行热处理，得到强度为20-30Mpa的双极板产品，由于石墨蠕虫单独模压，使得最终制备的双极板产品性能较差，且无法实现连续制备，生产效率较低。
综上，现有技术的液流电池双极板的制备方法难以在满足导电和力学性能好的前提下，同时还能够连续制备且能够批量大规模的生产。
除此之外，从制备装置角度考虑，现有的制备设备不能满足工艺的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液流电池石墨复合材料双极板及制备方法和装置，以解决现有技术中的制造方法生产的双极板导电性能较低，不能连续大规模生产的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：
在本发明第一个方面，提供了一种液流电池石墨复合材料双极板制备方法，包括以下步骤：
将蠕虫石墨粉、短切碳纤维和树脂溶液混合均匀，得到浆料状混合料体；
对混合料体进行辊压得到预制石墨复合材料板；
后将所述预制石墨复合材料板加热软化后再进行辊压并获得两面带流道的石墨复合材料双极板。
进一步地，还包括对石墨复合材料双极板的后处理步骤，具体包括：
将所述石墨复合材料双极板裁切成目标尺寸，然后对裁切后的石墨复合材料双极板进行整平，后固化干燥，以得到成品。
进一步地，对混合料体的辊压为冷辊压，所述冷辊压的辊体温度为室温，所得到的预制石墨复合材料板的厚度为1～10mm；
对预制石墨复合材料板的辊压为热辊压，所述热辊压的辊体温度为100-250℃。
进一步地，混合料体中的树脂溶液为以二甲基亚砜为溶剂，聚偏氟乙烯或聚丙烯为树脂基料配置而成的树脂溶液。
进一步地，所述树脂溶液中树脂基料的质量分数为5～20%。
进一步地，所述蠕虫石墨粉占原料总重量的60%-80%，所述短切碳纤维占原料总重量的5%-10%，余量为树脂溶液中的树脂含量；
其中，所述短切碳纤维长度为3-5mm。
进一步地，所述预制石墨复合材料板的加热时间为30-120s，加热温度为100-250℃；
所述石墨复合材料双极板固化干燥的时间为30-120min。
在本发明第二个方面，提供了一种液流电池石墨复合材料双极板连续制备装置，所述连续制备装置包括传送装置，以及沿所述传送装置输送方向依次设置的混料机、第一辊压装置、加热箱和第二辊压装置，所述传送装置包括多个独立设置且同方向传送的传送带；
所述混料机用于混合石墨复合材料双极板制备用原料，并将混合料体下料至所述传送装置上；
所述第一辊压装置用于辊压在所述传送装置上的混合料体，以制备预制石墨复合材料板；
所述传送装置穿过所述加热箱内部，使经过所述加热箱的预制石墨复合材料板被加热至目标温度；
所述第二辊压装置用于对加热后的预制石墨复合材料板辊压出具有流道的石墨复合材料双极板；
其中，所述第二辊压装置包括上辊轮和下辊轮，所述上辊轮和下辊轮均设置有带流道的模具。
进一步地，在所述第二辊压装置下游沿所述传送装置的输送方向还依次设置有裁切装置、整平工装和固化隧道炉，所述整平工装设置在传送装置上，且整平工装至少设有一个；
所述裁切装置用于对所述传送装置上经过的石墨复合材料双极板裁切至目标尺寸；
裁切后的石墨复合材料双极板通过第一机械手放入所述整平工装内，所述整平工装随传送带经过所述固化隧道炉以固化干燥石墨复合材料双极板，石墨复合材料双极板在整平后通过所述第二机械手取出。
在本发明第三个方面，提供了一种液流电池石墨复合材料双极板，由上述所述制备方法制取获得。
本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：
1.本发明提供的制备方法主要采用蠕虫石墨粉和短切碳纤维作为基料，与树脂溶液混合均匀，并通过辊压得到预制石墨复合材料板，后加热后辊压得到双极板，充分利用蠕虫石墨粉和短切碳纤维的力学性能，使得树脂与蠕虫石墨粉和短切碳纤维混合均匀，提高双极板致密性及力学性能，混合料体后采用辊压的方式连续制备双极板，能够实现连续化大规模生产。
2.本发明提供的制备设备通过传送装置传送物料，通过第一辊压装置进行冷压得到预制板，之后再通过加热箱除去预制板内的溶剂，第二辊压装置辊压定型，采用冷辊压与热辊压相结合的方式连续制备双极板，能够实现连续化大规模生产。
3.本发明制备的双极板导电性和力学性能同时得到较高的提升。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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示例性的，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引伸获得其它的实施附图。
图1为本发明实施例提供的液流电池石墨复合材料双极板连续制备装置的结构示意图。
图中的标号分别表示如下：
1、传送装置；2、混料机；3、第二机械手；4、第一辊压装置；5、加热箱；6、第二辊压装置；61、上辊轮；62、下辊轮；7、裁切装置；8、第一机械手；9、整平工装；10、固化隧道炉。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
针对高导电性和高力学性能的液流电池石墨复合材料双极板，一般对工艺要求较高，且难以批量化生产，对此，本发明提供一种液流电池石墨复合材料双极板制备方法，既能制备高导电性和高力学性能的液流电池石墨复合材料双极板，还能连续大规模生产。
液流电池石墨复合材料双极板制备方法包括以下步骤：
将蠕虫石墨粉、短切碳纤维和树脂溶液混合均匀，得到浆料状混合料体；
对混合料体进行辊压得到预制石墨复合材料板；
后将所述预制石墨复合材料板加热软化后再进行辊压并获得两面带流道的石墨复合材料双极板。
本实施方式的核心首先在于，选用了蠕虫石墨粉和短切碳纤维作为基料，并通过配置树脂溶液将物料混合均匀，采用辊压的方式制得预制石墨复合材料板，之后通过加热软化后再进行热辊压的方式来制备双极板，无需多层铺贴，由于是混合料体辊压方式制得，更不会存在分层现象，制作周期短，更重要的是能够实现连续制造生产。
通过树脂溶液作为媒介，将蠕虫石墨粉和短切碳纤维充分混合均匀，形成浆料状混合料体，为后续多次辊压做基础，由于预先形成了浆料状混合料体，之后能够采用辊压的方式得到预制石墨复合材料板，对已经成型的预制石墨复合材料板加热软化除去溶剂后，在通过辊压即可得到两面带流道的石墨复合材料双极板，本申请通过混合后辊压成型这种制备方式，具备能够进行连续制造的特点，可在单方向输送的多个传送带上制备，能够搭建连续制造线进行批量生产，实现大规模连续化生产，从而提高制备效率。
碳纤维虽然被广泛用于增强产品的力学性能，但是，使用常规的碳纤维制备的石墨双极板不能满足各项性能要求，这也就限制了短切碳纤维在石墨双极板领域的应用。
在石墨双极板原材料中直接添加短切碳纤维，制备的产品其综合性能不太理想，因此，与其他原材料的配合作用，以及相应的工艺条件都是需要考虑的地方。
与现有技术不同的是，本申请不是直接将树脂与蠕虫石墨粉及短切碳纤维混合，而是通过配置树脂溶液将物料混合均匀，物料是否混合均匀是影响最终产品性能的关键因素。
由于蠕虫石墨粉之间的咬合状态可以形成导电网络，具备良好的导电性能，但其力学性能不足，适量的短切碳纤维和树脂可以制备综合性能良好的石墨双极板。
蠕虫石墨粉可以提高制得产品的导电性，短切碳纤维主要提高产品的力学性能，而本实施方式采用了新的结合方式和工艺，充分利用蠕虫石墨粉和短切碳纤维的力学性能，将蠕虫石墨粉和短切碳纤维与树脂溶液混合，并通过辊压方式成形，最终成形的双极板因保持了蠕虫石墨相互咬合的导电网络状态，使得双极板具有良好的导电性能和力学性能，在产品受抗弯或抗拉过程中由于短切碳纤维与蠕虫石墨粉的紧密结合而比较难破损。
但蠕虫石墨粉、短切碳纤维及树脂之间的混合均匀性对产品的性能非常关键，短切碳纤维的尺寸及表面处理直接影响其与蠕虫石墨粉和树脂的混合均匀性。所述蠕虫石墨粉占原料总重量的60%-80%，所述短切碳纤维占原料总重量的5%-10%，余量为树脂溶液中的树脂含量。
短切碳纤维长度范围根据实验样品性能要求决定，本申请通过大量实验得到所述短切碳纤维长度为3-5mm。
短切碳纤维主要是提高产品的力学性能，短切碳纤维提高了与蠕虫石墨的界面结合力，同时结合辊压的制备工艺，得到综合性能良好且可以大批量生产的产品。
为了使得树脂与蠕虫石墨粉和短切碳纤维混合均匀，提高双极板致密性及力学性能，最后采用辊压的方式连续制备双极板，能够实现连续化大规模生产。
对混合料体的辊压为冷辊压，所述冷辊压的辊体温度为室温，所得到的预制石墨复合材料板的厚度为1～10mm；
对预制石墨复合材料板的辊压为热辊压，所述热辊压的辊体温度为100-250℃。
所述预制石墨复合材料板的加热时间为30-120s，加热温度为100-250℃；
所述石墨复合材料双极板固化干燥的时间为30-120min
采用冷辊压与热辊压相结合的方式连续制备石墨复合材料双极板，可在同一条生产线上连续制备，中间无需停留过长时间，能够实现连续化大规模生产。
本领域混粉模压石墨双极板采用复合粉末在加热的模具型腔内热压成形，树脂加热及固化时间长，生产效率非常低，而本申请中在热辊压之前进行冷辊压的目的是得到预制板，预制板经过加热一定温度使得复合材料中的树脂软化，便于后续热辊压制备一定厚度且致密度高的石墨复合材料双极板，连续化生产的效率非常高。
双极板中的导电剂含量较低，避免了双极板易碎问题，具有较好的柔韧性。
为了得到符合尺寸的双极板，需要裁切和整平，具体为，将所述石墨复合材料双极板裁切成目标尺寸，然后对裁切后的石墨复合材料双极板进行整平，后固化干燥，以得到成品。防止双极板干燥过程中发生翘起、弯曲。
混合料体中的树脂溶液为以二甲基亚砜为溶剂，聚偏氟乙烯或聚丙烯为树脂基料配置而成的树脂溶液。
树脂溶液中的树脂质量分数为5～20%。
以下提供一种液流电池石墨复合材料双极板连续制备装置，如图1所示，
所述连续制备装置包括传送装置1，以及沿所述传送装置1输送方向依次设置的混料机2、第一辊压装置4、加热箱5和第二辊压装置6，所述传送装置1包括多个独立设置且同方向传送的传送带；
所述混料机2用于混合石墨复合材料双极板制备用原料，并将混合料体下料至所述传送装置1上；
所述第一辊压装置4用于辊压在所述传送装置1上的混合料体，以制备预制石墨复合材料板；
所述传送装置1穿过所述加热箱5内部，使经过所述加热箱5的预制石墨复合材料板被加热至目标温度；
所述第二辊压装置6用于对加热后的预制石墨复合材料板辊压出具有流道的石墨复合材料双极板；
其中，所述第二辊压装置6包括上辊轮61和下辊轮62，所述上辊轮61和下辊轮62均设置有带流道的模具。
蠕虫石墨粉、短切碳纤维和树脂溶液在混料机2内混合均匀得到浆料状混合料体后下料至混料机2底部的传送带上，传送带将浆料状混合料体输送至第一辊压装置4底部辊压，得到预制石墨复合材料板，之后传送装置1将预制石墨复合材料板通过加热箱除去溶剂并软化，之后将加热后的预制石墨复合材料板输送到第二辊压装置6中辊压得到具有流道的石墨复合材料双极板，全程通过传送装置1传送料体，且每个操作步骤占用时间均较短，能够实现连续化制备。
在所述第二辊压装置6下游沿所述传送装置1的输送方向还依次设置有裁切装置7、整平工装9和固化隧道炉10，所述整平工装9设置在传送装置1上，且整平工装9至少设有一个；
所述裁切装置7用于对所述传送装置1上经过的石墨复合材料双极板裁切至目标尺寸；
裁切后的石墨复合材料双极板通过第一机械手8放入所述整平工装9内，所述整平工装9随传送带经过所述固化隧道炉10以固化干燥石墨复合材料双极板，石墨复合材料双极板在整平后通过所述第二机械手3取出。
制备得到双极板之后，传送装置1将辊压后得到的双极板通过裁切装置7裁切至目标尺寸，后通过第一机械手8放入所述整平工装9内，并经过所述固化隧道炉10固化干燥，得到最终的双极板。全程机械化操作，能够大规模生产，提高生产效率。
本发明提供的制备设备通过传送装置1传送物料，混料机2将物料混合均匀之后，通过第一辊压装置4进行冷压得到预制板，之后再通过加热箱5除去预制板内的溶剂，之后通过第二辊压装置6辊压定型，采用冷辊压与热辊压相结合的方式连续制备石墨复合材料双极板，能够实现连续化大规模生产。
在本实施方式中，对连续制备装置中各部分组成不做具体限制，其主要体现的使整个制备系统的自动化过程，旨在体现采用该制备方法能够实现连续大规模生产的目的，生产效率高。
其中，传送装置1的各段传送带，传送带的形式，以及传送带与其他部分的连接方式（如第二辊压装置等），依据实际需要而定。
本发明还提供了液流电池石墨复合材料双极板，由上述所述制备方法制取获得。本发明制备的双极板导电性和力学性能均较优异。
以下通过具体的实施例进行验证：
实施例一
混合物料为5wt.％的短切碳纤维、80wt.％的蠕虫石墨粉和根据混合物料中树脂含量配置的树脂溶液，短切碳纤维长度为3mm。具体步骤如下：
步骤1：使用二甲基亚砜作为溶剂，树脂为聚偏氟乙烯，配置树脂溶液，树脂含量为10wt.％。
步骤2：将短切碳纤维，树脂溶液及蠕虫石墨粉在混料机2中均匀混合。
步骤3：冷辊压得到预制板，厚度为3mm。
步骤4：预制板加热温度为130℃，加热时间为60s，在预制板处于软化状态下进行热辊压，得到带流道的石墨复合材料双极板，石墨复合材料双极板厚度为1mm。
步骤5：根据石墨复合材料双极板的尺寸进行裁切，裁切好的双极板放入整平工装9，整平工装9一次放10片双极板，可根据实际生产设置多个整平工装9。
步骤6：石墨复合材料双极板干燥固化时间为60min，隧道炉长度根据实际生产需要设置，烘干的石墨复合材料双极板产品通过机械手放入收纳装置。
实施例二
混合物料为5wt.％的短切碳纤维、80wt.％的蠕虫石墨粉和根据混合物料中树脂含量配置的树脂溶液，短切碳纤维长度为5mm。具体步骤如下：
步骤1：使用二甲基亚砜作为溶剂，树脂为聚偏氟乙烯，配置树脂溶液，树脂含量为10wt.％。
步骤2：将短切碳纤维，树脂溶液及蠕虫石墨粉在混料机2中均匀混合。
步骤3：冷辊压得到预制板，厚度为3mm。
步骤4：预制板加热温度为130℃，加热时间为60s，在预制板处于软化状态下进行热辊压，得到带流道的石墨复合材料双极板，石墨复合材料双极板厚度为1mm。
步骤5：根据石墨复合材料双极板的尺寸进行裁切，裁切好的双极板放入整平工装9，整平工装9一次放10片双极板，可根据实际生产设置多个整平工装9。
步骤6：石墨复合材料双极板干燥固化时间为60min，隧道炉长度根据实际生产需要设置，烘干的石墨复合材料双极板产品通过机械手放入收纳装置。
实施例三
混合物料为5wt.％的短切碳纤维、60wt.％的蠕虫石墨粉和根据混合物料中树脂含量配置的树脂溶液，短切碳纤维长度为5mm。具体步骤如下：
步骤1：使用二甲基亚砜作为溶剂，树脂为聚偏氟乙烯，配置树脂溶液，树脂含量为15wt.％。
步骤2：将短切碳纤维，树脂溶液及蠕虫石墨粉在混料机2中均匀混合。
步骤3：冷辊压得到预制板，厚度为3mm。
步骤4：预制板加热温度为130℃，加热时间为60s，在预制板处于软化状态下进行热辊压，得到带流道的石墨复合材料双极板，石墨复合材料双极板厚度为1mm。
步骤5：根据石墨复合材料双极板的尺寸进行裁切，裁切好的双极板放入整平工装9，整平工装9一次放10片双极板，可根据实际生产设置多个整平工装9。
步骤6：石墨复合材料双极板干燥固化时间为60min，隧道炉长度根据实际生产需要设置，烘干的石墨复合材料双极板产品通过机械手放入收纳装置。
实施例四
混合物料为8wt.％的短切碳纤维、60wt.％的蠕虫石墨粉和根据混合物料中树脂含量配置的树脂溶液，短切碳纤维长度为5mm。具体步骤如下：
步骤1：使用二甲基亚砜作为溶剂，树脂为聚偏氟乙烯，配置树脂溶液，树脂含量为20wt.％。
步骤2：将短切碳纤维，树脂溶液及蠕虫石墨粉在混料机2中均匀混合。
步骤3：冷辊压得到预制板，厚度为3mm。
步骤4：预制板加热温度为130℃，加热时间为60s，在预制板处于软化状态下进行热辊压，得到带流道的石墨复合材料双极板，石墨复合材料双极板厚度为1mm。
步骤5：根据石墨复合材料双极板的尺寸进行裁切，裁切好的双极板放入整平工装9，整平工装9一次放10片双极板，可根据实际生产设置多个整平工装9。
步骤6：石墨复合材料双极板干燥固化时间为60min，隧道炉长度根据实际生产需要设置，烘干的石墨复合材料双极板产品通过机械手放入收纳装置。
实施例五
混合物料为10wt.％的短切碳纤维、60wt.％的蠕虫石墨粉和根据混合物料中树脂含量配置的树脂溶液，短切碳纤维长度为5mm。具体步骤如下：
步骤1：使用二甲基亚砜作为溶剂，树脂为聚偏氟乙烯，配置树脂溶液，树脂含量为20wt.％。
步骤2：将短切碳纤维，树脂溶液及蠕虫石墨粉在混料机2中均匀混合。
步骤3：冷辊压得到预制板，厚度为3mm。
步骤4：预制板加热温度为130℃，加热时间为60s，在预制板处于软化状态下进行热辊压，得到带流道的石墨复合材料双极板，石墨复合材料双极板厚度为1mm。
步骤5：根据石墨复合材料双极板的尺寸进行裁切，裁切好的双极板放入整平工装9，整平工装9一次放10片双极板，可根据实际生产设置多个整平工装9。
步骤6：石墨复合材料双极板干燥固化时间为60min，隧道炉长度根据实际生产需要设置，烘干的石墨复合材料双极板产品通过机械手放入收纳装置。
实施例六
混合物料不添加短切碳纤维，添加60wt.％的蠕虫石墨粉及根据混合物料中树脂含量配置的树脂溶液。具体步骤如下：
步骤1：使用二甲基亚砜作为溶剂，树脂为聚偏氟乙烯，配置树脂溶液，树脂含量为20wt.％。
步骤2：冷辊压得到预制板，厚度为3mm。
步骤3：预制板加热温度为130℃，加热时间为60s，在预制板处于软化状态下进行热辊压，得到带流道的石墨复合材料双极板，石墨复合材料双极板厚度为1mm。
步骤4：根据石墨复合材料双极板的尺寸进行裁切，裁切好的双极板放入整平工装9，整平工装9一次放10片双极板，可根据实际生产设置多个整平工装9。
步骤5：石墨复合材料双极板干燥固化时间为60min，隧道炉长度根据实际生产需要设置，烘干的石墨复合材料双极板产品通过机械手放入收纳装置。
实施例七
混合物料为10wt.％的短切碳纤维、60wt.％的蠕虫石墨粉和根据混合物料中树脂含量配置的树脂溶液，短切碳纤维长度为5mm。具体步骤如下：
步骤1：使用二甲基亚砜作为溶剂，树脂为聚偏氟乙烯，配置树脂溶液，树脂含量为20wt.％。
步骤2：将短切碳纤维，树脂溶液及蠕虫石墨粉在混料机2中均匀混合。
步骤3：石墨复合材料粉加热温度为130℃，加热时间为60s，在石墨复合材料粉末中的树脂处于软化状态下进行热辊压，得到带流道的石墨复合材料双极板，石墨复合材料双极板厚度为1mm。
步骤4：根据石墨复合材料双极板的尺寸进行裁切，裁切好的双极板放入整平工装9，整平工装9一次放10片双极板，可根据实际生产设置多个整平工装9。
步骤5：石墨复合材料双极板干燥固化时间为60min，隧道炉长度根据实际生产需要设置，烘干的石墨复合材料双极板产品通过机械手放入收纳装置。
对比例1：中科化物大连科技实业有限公司市售液流电池双极板产品性能参数：导电率=10 S/cm，抗弯强度=30Mpa，抗拉强度=20Mpa。
性能测试。
分别将实施例1-7和对比例1所制备的复合材料双极板根据国家能源局发布的标准NB/T 42007-2013进行导电率、抗弯强度及抗拉强度的测试。
石墨复合双极板基础性能参数标准范围为：导电率＞10 S/cm，抗弯强度＞20Mpa，抗拉强度＞8Mpa。
测试结果如表 1所示。
表 1实施例1-7和对比例1石墨复合双极板性能测试参数
由上表得出，由上述方法和设备制备的双极板具有较好的导电性能和力学性能。
1.由实施例1和实施例2可知，短切碳纤维长度由3mm增加到5mm，有利于提高石墨双极板的力学性能；
2.由实施例2和实施例3可知，蠕虫石墨粉含量增加有利于提高石墨双极板的导电性能；
3.由实施例3、实施例4和实施例5可知，短切碳纤维的含量并不是越多其制得的石墨双极板性能越好，当短切碳纤维的含量为8wt.％时石墨复合双极板具有较好的综合性能；
4.由实施例4、实施例5和实施例6可知，不添加短切碳纤维将大幅度降低石墨复合双极板的力学性能，因为短切碳纤维与蠕虫石墨粉的强力界面结合，有利于增加产品的抗弯强度和抗拉强度；
5.由实施例5和实施例7可知，石墨复合材料粉末不经过冷辊压制备预制板，在加热过程中树脂的软化会使得碳纤维趋于团聚，造成复合粉末不均匀，从而严重影响石墨复合双极板的导电性能及力学性能。
本发明提供的制备方法通过在配置的树脂溶液中加入蠕虫石墨粉和短切碳纤维，可以使得树脂与蠕虫石墨粉和短切碳纤维混合均匀，提高复合材料致密性及力学性能，同时在混合过程因蠕虫石墨粉所受剪切力较小，可以保持蠕虫石墨的高导电性，最终成形的复合材料双极板因保持了蠕虫石墨相互咬合的导电网络状态，使得双极板具有良好的导电性能和力学性能，最后采用辊压的方式连续制备石墨复合材料双极板，能够实现连续化大规模生产。
以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。
Claims (10)
1.一种液流电池石墨复合材料双极板制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将蠕虫石墨粉、短切碳纤维和树脂溶液混合均匀，得到浆料状混合料体；
对混合料体进行辊压得到预制石墨复合材料板；
后将所述预制石墨复合材料板加热软化后再进行辊压并获得两面带流道的石墨复合材料双极板。
2.根据权利要求1所述的一种液流电池石墨复合材料双极板制备方法，其特征在于，
还包括对石墨复合材料双极板的后处理步骤，具体包括：
将所述石墨复合材料双极板裁切成目标尺寸，然后对裁切后的石墨复合材料双极板进行整平，后固化干燥，以得到成品。
3.根据权利要求2所述的一种液流电池石墨复合材料双极板制备方法，其特征在于，
对混合料体的辊压为冷辊压，所述冷辊压的辊体温度为室温，所得到的预制石墨复合材料板的厚度为1～10mm；
对预制石墨复合材料板的辊压为热辊压，所述热辊压的辊体温度为100-250℃。
4.根据权利要求2所述的一种液流电池石墨复合材料双极板制备方法，其特征在于，
混合料体中的树脂溶液为以二甲基亚砜为溶剂，聚偏氟乙烯或聚丙烯为树脂基料配置而成的树脂溶液。
5.根据权利要求4所述的一种液流电池石墨复合材料双极板制备方法，其特征在于，
所述树脂溶液中树脂基料的质量分数为5～20%。
6.根据权利要求2所述的一种液流电池石墨复合材料双极板制备方法，其特征在于，
所述蠕虫石墨粉占原料总重量的60%-80%，所述短切碳纤维占原料总重量的5%-10%，余量为树脂溶液中的树脂含量；
其中，所述短切碳纤维长度为3-5mm。
7.根据权利要求2所述的一种液流电池石墨复合材料双极板制备方法，其特征在于，
所述预制石墨复合材料板的加热时间为30-120s，加热温度为100-250℃；
所述石墨复合材料双极板固化干燥的时间为30-120min。
8.一种液流电池石墨复合材料双极板连续制备装置，其特征在于，用于实现权利要求2-7任一项所述的液流电池石墨复合材料双极板制备方法；
所述连续制备装置包括传送装置（1），以及沿所述传送装置（1）输送方向依次设置的混料机（2）、第一辊压装置（4）、加热箱（5）和第二辊压装置（6），所述传送装置（1）包括多个独立设置且同方向传送的传送带；
所述混料机（2）用于混合石墨复合材料双极板制备用原料，并将混合料体下料至所述传送装置（1）上；
所述第一辊压装置（4）用于辊压在所述传送装置（1）上的混合料体，以制备预制石墨复合材料板；
所述传送装置（1）穿过所述加热箱（5）内部，使经过所述加热箱（5）的预制石墨复合材料板被加热至目标温度；
所述第二辊压装置（6）用于对加热后的预制石墨复合材料板辊压出具有流道的石墨复合材料双极板；
其中，所述第二辊压装置（6）包括上辊轮（61）和下辊轮（62），所述上辊轮（61）和下辊轮（62）均设置有带流道的模具。
9.根据权利要求8所述的一种液流电池石墨复合材料双极板连续制备装置，其特征在于，
在所述第二辊压装置（6）下游沿所述传送装置（1）的输送方向还依次设置有裁切装置（7）、整平工装（9）和固化隧道炉（10），所述整平工装（9）设置在传送装置（1）上，且整平工装（9）至少设有一个；
所述裁切装置（7）用于对所述传送装置（1）上经过的石墨复合材料双极板裁切至目标尺寸；
裁切后的石墨复合材料双极板通过第一机械手（8）放入所述整平工装（9）内，所述整平工装（9）随传送带经过所述固化隧道炉（10）以固化干燥石墨复合材料双极板，石墨复合材料双极板在整平后通过第二机械手（3）取出。
10.一种液流电池石墨复合材料双极板，其特征在于，由权利要求1-7任一项所述制备方法制取获得。
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