【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及液流電池領域，具體涉及一種石墨基復合材料雙極板及其生產方法。
技術介紹
1、液流電池由電堆單元、電解液、電解液存儲供給單元以及管理控制單元等部分構成。液流電池是通過電池的正負極電解液中活性物質發生反應，通過控制在不同的電解液之間進行循環轉換，實現了電能的儲存和釋放。液流電池的優勢包括安全性高、循環壽命長、設計靈活、維護成本低等，是電池領域的一個新興領域，有利于并行的設計和有望實現快速滿足大中型儲能和調峰的需求。雙極板作為液流電池的重要組成部分，起到了分隔、串聯電池、傳導電流、為電堆提供結構支撐等作用。目前，雙極板的成本約占液流電池總成本的40％。雙極板材料必須是熱、電的良導體，保證液流電池工作時整體溫度均勻分布，利于排熱，利于導電，提高液流電池工作效率；同時，由于液流電池中的電解液具有腐蝕性，因此需要材料具有穩定的化學性能和良好的耐腐蝕性能；另外，雙極板作為單電池之間的連接，負責支撐液流電池整體，因此雙極板要求具有良好的機械性能，高強度，以保證電堆在組裝時的穩定性。制備雙極板的常用材料有石墨、金屬和復合材料三類。復合材料雙極板加工簡單，可大幅降低成本實現大規模生產。復合雙極板的原料是高分子樹脂與碳結合的復合材料，相比于金屬雙極板，復合材料雙極板具有耐腐蝕、質量輕等優點。
2、在現有技術中，王果、趙文斌、姜宏東等公布了“一種全釩液流電池用雙極板板材及其制備方法”(cn?117207561?a?2023.12.12)。該專利技術涉及一種全釩液流電池用雙極板板材及其制備方法，所述方法包括以下步驟：對雙極板板材
3、在現有技術中，王勇、王健公布了“一種碳基復合模壓雙極板的生產方法”的專利技術專利(cn?115332484?a?2022.11.11)。該專利技術涉及雙極板生產的
，尤其涉及一種碳基復合模壓雙極板的生產方法。該專利技術公開了一種碳基復合模壓雙極板的生產方法，包括以下步驟：將石墨粉與炭黑進行攪拌均勻；導入樹脂進行攪拌均勻，直到顏色均勻；加入碳納米管進行攪拌均勻，得到混合物；將混合物泵入模具，在模具合模后進行加壓與加熱；達到設定壓力后進行保壓保型；達到設定溫度后轉為塑型模式；靜置等待溫度下降后，取出成品；將成品放入治具中進行保型冷卻，得到雙極板。然而，該專利未涉及雙極板的密度、致密度、硬度、電化學腐蝕性、外形尺寸，未涉及雙極板的連續化生產。該專利中提供的工藝方法不適用于制備具有高電導率和高氣密性的石墨基復合雙極板，難以實現低成本高效生產。該專利中工藝方法有三個關鍵點對于高性能石墨基復合雙極板的低成本高效制備難以實現：1)雙極板原料成本過高。該專利中的原料成分為石墨粉、碳納米管、炭黑和樹脂按照40：10：10：40的比例進行配制，其中作為導電增強相的碳納米管和炭黑的原料成本遠高于石墨粉末(以多壁碳納米管與天然鱗片石墨粉末價格為例，多壁碳納米管單價為500元/kg，天然鱗片石墨粉末為10元/kg)，從而大幅提高了原料的總成本，不符合大批量生產需求。2)混合原料充模過程難度大。該專利將混合后的原料泵入模具中，完成充模過程。根據該專利的描述，混合料中的樹脂為熱固性樹脂，在常溫下不具備可流動性，但該類樹脂溶于乙醇等有機溶劑，因此有理由認為該步驟泵入模具的原料為含有機溶劑的熱固性樹脂溶液混合料。樹脂溶液在常溫下的黏度較大，流動性不佳，其對復雜型腔的填充程度受模具型腔尺寸、結構的影響很大，因此該方法很難實現大尺寸帶流道結構雙極板模具的充分填充。另外，為獲得致密具有一定力學強度的雙極板制品，原料樹脂溶液中的有機溶劑需在加熱成形過程中完全排出，該專利內容并未涉及該問題的解決方法。3)雙極板制備效率低。該專利在合模成型過程中，需將模具從室溫逐步升溫至目標溫度(160℃)，經過一段時間保溫保壓后，停止加熱，等待模具溫度降至室溫再開模取出產品。全過程所需時間較長，導致制備效率低。所以，從原料成本、原料填充和制備效率三方面考慮，該專利提供的工藝較難實現高電導率和高氣密性的石墨基復合雙極板的產業化生產。
4、在現有技術中，翟月雯、羊浩等公布了“一種液流電池石墨復合材料雙極板及制備方法和裝置”(cn?117199420?a?2023.12.08)的專利。該專利公開了一種液流電池石墨復合材料雙極板及制備方法和裝置，其中方法包括以下步驟：將蠕蟲石墨粉、短切碳纖維和樹脂溶液混合均勻，得到漿料狀混合料體；對混合料體進行輥壓得到預制石墨本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種石墨基復合材料雙極板的生產方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的生產方法，其特征在于，所述石墨粉末的尺寸范圍為50～300μm，所述石墨粉末的質量分數為77～80wt％。
3.根據權利要求1所述的生產方法，其特征在于，所述熱固樹脂粉為酚醛樹脂粉末，所述酚醛樹脂粉末的粉末尺寸范圍為10～50μm，所述酚醛樹脂粉末的質量分數為18～21％，所述增強相粉末選自炭黑、碳納米管、碳纖維中的一種或多種。
4.根據權利要求1所述的生產方法，其特征在于，所述增強相粉末包括炭黑、碳納米管和碳纖維，所述炭黑粉末的尺寸范圍為10～50nm，所述炭黑粉末的質量分數為0.7～2.2％；所述碳納米管的尺寸范圍為10～50nm，所述碳納米管的質量分數為1.2～2.1％；所述碳纖維直徑尺寸范圍為3～15μm，所述碳纖維的質量分數為0.7～3.1％。
5.根據權利要求1所述的生產方法，其特征在于，所述有機溶劑為低沸點溶劑，所述有機溶劑與所述熱固樹脂攪拌的質量比為1：2～5。
6.根據權利要求1所述的生產方法，其特征在于，所述階
7.根據權利要求1所述的生產方法，其特征在于，所述隧道加熱爐的爐溫為180～220℃。
8.根據權利要求1所述的生產方法，其特征在于，在所述鎖膜加熱步驟中，進一步借助于多點紅外測溫儀監測所述模具的外表面溫度，以確保所述模具的外表面溫度保持在150～180℃，并保證所述模具在所述隧道加熱爐的均溫區停留20-30分鐘。
9.根據權利要求1所述的生產方法，其特征在于，在所述冷卻脫模步驟中，所述主動冷卻為噴淋水霧，且將所述模具的外表面溫度冷卻至80℃以下解除機械鎖定。
10.一種石墨基復合材料雙極板，其特征在于，通過權利要求1-8任一項所述的生產方法制造而成。
...【技術特征摘要】
1.一種石墨基復合材料雙極板的生產方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的生產方法，其特征在于，所述石墨粉末的尺寸范圍為50～300μm，所述石墨粉末的質量分數為77～80wt％。
3.根據權利要求1所述的生產方法，其特征在于，所述熱固樹脂粉為酚醛樹脂粉末，所述酚醛樹脂粉末的粉末尺寸范圍為10～50μm，所述酚醛樹脂粉末的質量分數為18～21％，所述增強相粉末選自炭黑、碳納米管、碳纖維中的一種或多種。
4.根據權利要求1所述的生產方法，其特征在于，所述增強相粉末包括炭黑、碳納米管和碳纖維，所述炭黑粉末的尺寸范圍為10～50nm，所述炭黑粉末的質量分數為0.7～2.2％；所述碳納米管的尺寸范圍為10～50nm，所述碳納米管的質量分數為1.2～2.1％；所述碳纖維直徑尺寸范圍為3～15μm，所述碳纖維的質量分數為0.7～3.1％。
5.根據權利要求1所述的生產方法，其特征在于，所述有...
【專利技術屬性】
技術研發人員：翟月雯，周質光，羊浩，彭沖，顧飛，康啟平，李碩，吳鑒喆，
申請(專利權)人：中國機械總院集團北京機電研究所有限公司，
類型：發明
國別省市：
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