阅读说明：本技术 一种全钒液流电池双极板及其制备方法 (Full-vanadium redox flow battery bipolar plate and preparation method thereof ) 是由 张彦芳 于 2018-07-03 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种全钒液流电池双极板及其制备方法,所述制备方法包括以下步骤：在导电碳纤维两侧的表面涂覆导电复合粘合剂,通过所述导电复合粘合剂在导电碳纤维两侧的表面贴合柔性石墨纸,并重复以上步骤,以形成不同的厚度,然后放入平板热压机中进行热压固化,得到全钒液流电池双极板。本发明的有益效果在于,提供一种成本低且工艺简单的全钒液流电池双极板的制备方法；且制备得到的全钒液流电池双极板具有良好的导电性以及耐腐蚀性的特点,同时还具有厚度均匀以及密封性能好的优点。(The invention relates to an all-vanadium redox flow battery bipolar plate and a preparation method thereof, wherein the preparation method comprises the following steps: coating conductive composite adhesive on the surfaces of two sides of the conductive carbon fiber, attaching flexible graphite paper on the surfaces of the two sides of the conductive carbon fiber through the conductive composite adhesive, repeating the steps to form different thicknesses, and then putting the conductive carbon fiber into a flat plate hot press for hot pressing and curing to obtain the all-vanadium redox flow battery bipolar plate. The preparation method has the beneficial effects that the preparation method of the bipolar plate of the all-vanadium redox flow battery is low in cost and simple in process; the prepared all-vanadium redox flow battery bipolar plate has the characteristics of good conductivity and corrosion resistance, and also has the advantages of uniform thickness and good sealing performance.)

一种全钒液流电池双极板及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种全钒液流电池双极板及其制备方法。

背景技术

通常，全钒液流电池(可简称为钒电池)是一种新型无污染的化学储能电池，属于液流电池，其不发生固态反应，具有电流转换能力好、结构设计灵活、成本合理、操作简单等优点。

钒电池的双电极在电池中的主要作用是隔绝正负极电解液，并将反应电流导出来。由此，要求钒电池用的双极板具有良好的导电性和阻隔性，并且由于钒电池的电解液为酸性环境，还必须要求双极板具有较好的耐腐蚀性。在人们过去的研究中，分别尝试过金属类、石墨类以及导电复合材料等类型的双极板，在长期使用的过程中发现，各类集流体分别存在不同的优缺点。

金属类双极板导电性能好，但耐腐蚀能力较差，进行表面涂覆改性后，因其价格昂贵，导致金属类双极板使用率不高。石墨类双极板的导电性能好，耐腐蚀能力在添加耐腐蚀材料和改性指标工艺后有所提高，但其继续性能较差，为了提高其机械性能，使用时一般增加其厚度，然而这样就造成其价格比较昂贵，但目前仍然有部分研究机构在钒电池中使用石墨类双极板。由于复合双极板具有机械性能好、厚度薄等优点，是目前最常用的双极板。

然而复合双极板最大的缺陷是导电性能不如金属双极板和石墨板，因此提高其导电性能成为研究的热点和难点。

发明内容

鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明的主要目的在于提供一种成本低且工艺简单的，且制备得到的全钒液流电池双极板具有良好的导电性以及耐腐蚀性的特点，同时还具有厚度均匀以及密封性能好的优点。

本发明的技术方案是这样的：

一种全钒液流电池双极板的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：在导电碳纤维两侧的表面涂覆导电复合粘合剂，通过所述导电复合粘合剂在导电碳纤维两侧的表面贴合柔性石墨纸，并重复以上步骤，以形成不同的厚度，然后放入平板热压机中进行热压固化，制备得到全钒液流电池双极板。

所述导电碳纤维为JD-10型导电碳纤维。

所述导电复合粘合剂的制备方法为：将质量百分比为55～65％的水性聚四氟乙烯乳液加入反应釜中，再加上质量百分比为15～25％的导电碳纤维短浅进行升温聚合反应，同时在温度升至80℃时向反应釜中加入质量百分比为2.5～7％的助粘剂(TPU)，随后继续对反应釜进行升温，当温度升至360℃时停止升温，冷却至常温即可制备得到水性的导电复合粘合剂。

所述导电复合粘合剂的制备方法中，在温度升至80℃时加上质量百分比为2.5～7％的助粘剂继续对反应釜件升温，随着温度的升高，且温度每升高80℃时向反应釜中加入一次质量百分比为3％的助粘剂乳液，当温度升至360℃时停止对反应釜进行升温。

所述柔性石墨纸的制备方法为：在所述导电碳纤维的两侧分别均匀喷涂所述水性导电复合粘合剂，然后在膨胀石墨粉仓中均匀喷涂膨胀石墨粉，再通过压延辊进行辊压，形成柔性石墨纸。

一种全钒液流电池双极板，包括第一导电碳纤维网状膜，所述第一导电碳纤维网状膜的两侧分别通过导电复合粘合剂设置第一柔性石墨纸层和第二柔性石墨纸层，所述第二柔性石墨纸层外侧通过导电复合粘合剂设置第二导电碳纤维网状膜，所述第二导电碳纤维网状膜外侧通过导电复合粘合剂设置第三柔性石墨纸层。

还包括第三导电碳纤维网状膜、第四柔性石墨纸层以及第四导电碳纤维网状膜，所述第三柔性石墨纸层外侧通过导电复合粘合剂设置第三导电碳纤维网状膜，所述第三导电碳纤维网状膜外侧通过导电复合粘合剂设置所述第四柔性石墨纸层，所述第四柔性石墨纸层外侧通过导电复合粘合剂设置所述第四导电碳纤维网状膜。

还包括第五柔性石墨纸层，所述第四导电碳纤维网状膜外侧通过导电复合粘合剂设置所述第五柔性石墨纸层。

还包括第五导电碳纤维网状膜，所述第五柔性石墨纸层外侧通过导电复合粘合剂设置所述第五导电碳纤维网状膜。

还包括第六导电碳纤维网状膜和第六柔性石墨烯层，所述第五导电碳纤维网状膜外侧通过导电复合粘合剂设置第六柔性石墨纸层，所述第六柔性石墨纸层外侧通过导电复合粘合剂设置所述第六导电碳纤维网状膜。

本发明具有以下优点和有益效果：全钒液流电池双极板的制备方法具有工艺简单、成本低且适宜大规模工业化生产的特点；另外，本发明的制备方法制备得到的全钒液流电池双极板具有良好的导电性以及耐腐蚀性的特点，同时还具有厚度均匀以及密封性能好的优点。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的全钒液流电池双极板的剖视结构示意图。

图2为本发明实施例2提供的全钒液流电池双极板的剖视结构示意图。

图3为本发明实施例3提供的全钒液流电池双极板的剖视结构示意图。

图4为本发明实施例4提供的全钒液流电池双极板的剖视结构示意图。

图5为本发明实施例5提供的全钒液流电池双极板的剖视结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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。

下面将参照附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

如图1所示，本发明实施例1提供的全钒液流电池双极板，该全钒液流电池双极板由上述实施例提供的全钒液流电池双极板的制备方法而得到，且本发明实施例5提供的全钒液流电池双极板包括第一导电碳纤维网状膜101，所述第一导电碳纤维网状膜101的两侧分别通过导电复合粘合剂200设置第一柔性石墨纸层301和第二柔性石墨纸层302，且所述第二柔性石墨纸层302外侧通过导电复合粘合剂200设置第二导电碳纤维网状膜102，所述第二导电碳纤维网状膜102外侧通过导电复合粘合剂200设置第三柔性石墨纸层103。即本实施例5提供的全钒液流电池双极板包括两层导电碳纤维网状膜(所述第一导电碳纤维网状膜101和第二导电碳纤维网状膜102)以及三层柔性石墨纸(第一柔性石墨纸层301、第二柔性石墨纸层302以及第三柔性石墨纸层303)构成；该全钒液流电池双极板具有稳定的导电性以及耐腐蚀性的特点，同时还具有厚度均匀以及密封性能好的优点。

实施例2

如图2所述，本发明实施例2与实施例1的区别是：本发明实施例2提供的全钒液流电池双极板还包括第三导电碳纤维网状膜103、第四柔性石墨纸层304以及第四导电碳纤维网状膜104，所述第三柔性石墨纸层303外侧通过导电复合粘合剂200设置第三导电碳纤维网状膜103，所述第三导电碳纤维网状膜103外侧通过导电复合粘合剂200设置所述第四柔性石墨纸层304，所述第四柔性石墨纸层304外侧通过导电复合粘合剂200设置所述第四导电碳纤维网状膜104。本发明实施例2提供的全钒液流电池双极板具有更强的耐腐蚀性。

实施例3

如图3所示，本发明实施例3与实施例2的区别是：本发明实施例3提供的全钒液流电池双极板还包括第五柔性石墨纸层305，所述第四导电碳纤维网状膜104外侧通过导电复合粘合剂设置所述第五柔性石墨纸层305。本发明实施例3提供的全钒液流电池双极板具有更加稳定的导电性。

实施例4

如图4所示，本发明实施例4与实施例3的区别是：本发明实施例4提供的全钒液流电池双极板还包括第五导电碳纤维网状膜105，所述第五柔性石墨纸层305外侧通过导电复合粘合剂200设置所述第五导电碳纤维网状膜105。本发明实施例4提供的全钒液流电池双极板具有更强的耐腐蚀性以及密封性能。

实施例5

如图5所示，本发明实施例5与实施例4的区别是：本发明实施例5提供的全钒液流电池双极板还包括第六导电碳纤维网状膜106和第六柔性石墨烯层306，所述第五导电碳纤维网状膜105外侧通过导电复合粘合剂200设置所述第六柔性石墨纸层306，所述第六柔性石墨纸层306外侧通过导电复合粘合剂200设置所述第六导电碳纤维网状膜106。

本发明还提供一种全钒液流电池双极板的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：在导电碳纤维两侧的表面涂覆导电复合粘合剂，通过所述导电复合粘合剂在导电碳纤维两侧的表面贴合柔性石墨纸，并重复以上步骤，以形成不同的厚度，然后放入平板热压机中进行热压固化，制备得到全钒液流电池双极板。

所述导电碳纤维为JD-10型导电碳纤维。

所述导电复合粘合剂的制备方法为：将质量百分比为55～65％的水性聚四氟乙烯乳液加入反应釜中，再加上质量百分比为15～25％的导电碳纤维短浅进行升温聚合反应，同时在温度升至80℃时向反应釜中加入质量百分比为2.5～7％的助粘剂(TPU)，随后继续对反应釜进行升温，当温度升至360℃时停止升温，冷却至常温即可制备得到水性的导电复合粘合剂。

所述导电复合粘合剂的制备方法中，在温度升至80℃时加上质量百分比为2.5～7％的助粘剂继续对反应釜件升温，随着温度的升高，且温度每升高80℃时向反应釜中加入一次质量百分比为3％的助粘剂乳液，当温度升至360℃时停止对反应釜进行升温。

所述柔性石墨纸的制备方法为：在所述导电碳纤维的两侧分别均匀喷涂所述水性导电复合粘合剂，然后在膨胀石墨粉仓中均匀喷涂膨胀石墨粉，再通过压延辊进行辊压，形成柔性石墨纸。

下面结合具体实施例来进一步描述本发明的技术方案。

实施例6

本发明实施例6提供的全钒液流电池双极板的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：在导电碳纤维两侧的表面涂覆导电复合粘合剂，通过所述导电复合粘合剂在导电碳纤维两侧的表面贴合柔性石墨纸，并重复以上步骤，以形成不同的厚度，然后放入平板热压机中进行热压固化，制备得到全钒液流电池双极板；其中，所述导电复合粘合剂的制备方法为：将质量百分比为55％的水性聚四氟乙烯乳液加入反应釜中，再加上质量百分比为15％的导电碳纤维短浅进行升温聚合反应，同时在温度升至80℃时向反应釜中加入质量百分比为2.5％的助粘剂(TPU)，随后继续对反应釜进行升温，当温度升至360℃时停止升温，冷却至常温即可制备得到水性的导电复合粘合剂。

实施例7

本发明实施例7提供的全钒液流电池双极板的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：在导电碳纤维两侧的表面涂覆导电复合粘合剂，通过所述导电复合粘合剂在导电碳纤维两侧的表面贴合柔性石墨纸，并重复以上步骤，以形成不同的厚度，然后放入平板热压机中进行热压固化，制备得到全钒液流电池双极板；其中，所述导电复合粘合剂的制备方法为：将质量百分比为57％的水性聚四氟乙烯乳液加入反应釜中，再加上质量百分比为18％的导电碳纤维短浅进行升温聚合反应，同时在温度升至80℃时向反应釜中加入质量百分比为3％的助粘剂(TPU)，随后继续对反应釜进行升温，当温度升至360℃时停止升温，冷却至常温即可制备得到水性的导电复合粘合剂。

实施例8

本发明实施例8提供的全钒液流电池双极板的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：在导电碳纤维两侧的表面涂覆导电复合粘合剂，通过所述导电复合粘合剂在导电碳纤维两侧的表面贴合柔性石墨纸，并重复以上步骤，以形成不同的厚度，然后放入平板热压机中进行热压固化，制备得到全钒液流电池双极板；其中，所述导电复合粘合剂的制备方法为：将质量百分比为60％的水性聚四氟乙烯乳液加入反应釜中，再加上质量百分比为20％的导电碳纤维短浅进行升温聚合反应，同时在温度升至80℃时向反应釜中加入质量百分比为5％的助粘剂(TPU)，随后继续对反应釜进行升温，当温度升至360℃时停止升温，冷却至常温即可制备得到水性的导电复合粘合剂。

实施例9

本发明实施例9提供的全钒液流电池双极板的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：在导电碳纤维两侧的表面涂覆导电复合粘合剂，通过所述导电复合粘合剂在导电碳纤维两侧的表面贴合柔性石墨纸，并重复以上步骤，以形成不同的厚度，然后放入平板热压机中进行热压同化，制备得到全钒液流电池双极板；其中，所述导电复合粘合剂的制备方法为：将质量百分比为65％的水性聚四氟乙烯乳液加入反应釜中，再加上质量百分比为25％的导电碳纤维短浅进行升温聚合反应，同时在温度升至80℃时向反应釜中加入质量百分比为7％的助粘剂(TPU)，随后继续对反应釜进行升温，当温度升至360℃时停止升温，冷却至常温即可制备得到水性的导电复合粘合剂。

本发明上述实施例提供的全钒液流电池双极板的性能测试如下表所示：

根据上述测试结果，本发明制备得到的全钒液流电池双极板具有良好的导电性以及耐腐蚀性的特点，同时还具有厚度均匀以及密封性能好的优点。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。