液流电池碳塑复合双极板的制造工艺与性能提升研究进展

全钒液流电池是目前技术成熟度最高的一种液流电池,作为大规模长时储能的首选技术之一,可以实现可再生能源平滑输出,为高比例可再生能源并网应用提供保障。
双极板作为全钒液流电池体系中的多功能关键部件,能够对电池充放电过程中产生的电流进行收集与传导,为膜、电极提供有效的机械支撑,将多个单电池连接起来并防止正负极电解液的互混和电极的直接接触,对电堆能量效率有显著影响。因此,理想的双极板材料通常需要具备良好的导电性、电化学稳定性、耐腐蚀性和一定的机械强度等。
按照材料分类,常见的双极板材料有金属双极板,石墨双极板,以及碳塑复合双极板。由于金属双极板和石墨双极板存在着一些问题,需要一种替代材料来弥补金属和石墨材料应用于全钒液流电池双极板的不足。
对此,兼具金属的力学性能和石墨的耐腐蚀性的导电碳-聚合物(碳塑)复合材料是适用于全钒液流电池中的理想材料。碳塑复合双极板还具有成本低廉、制备工艺简单等优点,是目前研究的热点材料。

液流电池碳塑复合双极板的制造工艺与性能提升研究进展碳塑复合双极板/图源:中钠储能技术有限公司

碳塑复合双极板通常是由导电碳材料(石墨、碳纤维、炭黑等)树脂(热塑性树脂、热固性树脂)经过挤出成型或者模压成型工艺制备得到,碳材料作为导电填料提供导电性,树脂作为黏结剂提供机械强度并填充碳材料之间的孔隙。
挤出成型工艺是通过将复合材料在具有螺杆的旋转筒体中混合软化,然后挤出到模具中,经过一段时间的冷却固化将模具打开并将复合双极板顶出,通常是半自动化甚至自动化的工艺过程。
模压成型工艺是将混合好的复合材料置于模具中,在热压机中加热并施加一定压力,然后保温保压一定时间,最后冷却固化、卸压开模。

液流电池碳塑复合双极板的制造工艺与性能提升研究进展挤出成型及模压成型工艺的对比

挤出成型的工艺优势在于生产设备成本低、生产效率高及生产周期短,而缺点在于挤出成型对树脂含量的要求较高,限制了双极板的电导率提升;相对而言,模压成型的设备成本较高,但是其优势在于树脂含量无具体要求,有利于提高双极板电导率:两种成型工艺各有优劣,相比之下模压成型的复合双极板的导电性能更佳。


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中钠储能技术有限公司是以全钒液流电池储能系统为核心的科技创新型企业。公司通过积极响应国家政策,整合行业优势资源,与多所高校、业界专家学者和企业形成密切的产学研合作关系立足陕西,为全国新能源应用提供一流的综合能源管理解决方案,构建植根中国兼具全球触角的绿色产业生态圈。


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液流电池碳塑复合双极板的制造工艺与性能提升研究进展

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液流电池(Flow Battery)是一种可充电电池,它通过液体电解质的流动来存储电能。与传统的固态电池(如锂离子电池)不同,液流电池的能量存储组件(电解质)是分离的,通常储存在外部容器中,在充放电过程中通过电池单元循环。
液流电池是一种活性物质存在于液态电解质中的电池技术,电解液在电堆外部,在循环泵的推动下流经电堆,实现化学能与电能的转换。国际上液流电池主要有全钒液流电池、锌溴电池、铁铬电池、多硫化钠溴电池4种技术路线。
其中全钒液流电池目前产业链建设和技术成熟度相对较高。全钒液流电池系统由功率单元(电堆),能量单元(电解液和电解液储罐),电解液输送单元(管路、阀、泵、传感器等辅助部件)以及电池管理系统等组成。其中,电堆由离子交换膜、电极、双极板、电极框、密封等材料构成。液流电池生产线包括(双极板,膜裁切,碳毡裁切,电堆堆叠组装)等。欢迎申请加入微信群。
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作者 808, ab