專(zhuān)利名稱(chēng)：鋅溴液流電池極板的制備成型及性能測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋅溴液流電池極板的制備成型及性能測(cè)試方法，屬于鋅溴電池技術(shù)領(lǐng)域
背景技術(shù)：
目前，在獨(dú)立的能源系統(tǒng)如分布式能源系統(tǒng)中所用的蓄電池通常是鉛酸電池，而鉛酸電池不論是自身性能還是對(duì)環(huán)境而言都存在著致命的缺陷，比如鉛酸電池在炎熱的氣候環(huán)境中通常壽命很短，尤其在深度放電時(shí)更加嚴(yán)重；同時(shí)，鉛酸電池亦對(duì)環(huán)境有害，因?yàn)樗闹饕煞质倾U，在生產(chǎn)和棄置時(shí)可能引致嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。液流電解質(zhì)電池，例如鋅溴電池、全釩液流電池等可以克服上述鉛酸電池的缺點(diǎn)，具有循環(huán)壽命長(zhǎng)，環(huán)境友好的特點(diǎn)，特別地，液流電解質(zhì)電池可以實(shí)現(xiàn)深度放電，且電池的能量密度是鉛酸電池的數(shù)倍。液流電池和鉛酸電池一樣，均以一組電池串聯(lián)(或并聯(lián))以提供高過(guò)單獨(dú)電池電壓的某個(gè)電壓，但跟鉛酸電池不同的是，流動(dòng)電解質(zhì)電池中的電池是通過(guò)電解液循環(huán)路徑液連接的。氧化還原液流電池是一種將能量?jī)?chǔ)存在溶液中的電化學(xué)系統(tǒng)。正負(fù)半電池由隔膜分開(kāi)，兩側(cè)電解液正負(fù)極溶液，在動(dòng)力泵的作用下，電解液在儲(chǔ)液罐和電池構(gòu)成的閉合回路中進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)。氧化還原反應(yīng)電極對(duì)間的電勢(shì)差是發(fā)生反應(yīng)的動(dòng)力。依照該種液流電池的設(shè)計(jì)原理，正負(fù)半電池的電極材料必須滿(mǎn)足電池正常運(yùn)行的需求，即應(yīng)具有良好的電導(dǎo)性，同時(shí)又應(yīng)具有長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的耐電解液腐蝕及溶脹的性質(zhì)。經(jīng)過(guò)考量選取，我們得出PE導(dǎo)電塑料基電極材料可以達(dá)到上述需求。PE導(dǎo)電塑料主要通過(guò)PE樹(shù)脂和導(dǎo)電添加劑熔融混合成型來(lái)制備。目前主流導(dǎo)電添加劑多為導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電石墨、碳纖維和導(dǎo)電聚合物等，但是僅添加上述這些導(dǎo)電添加劑使得利用該電極主體材料(PE導(dǎo)電塑料)制作的鋅溴電池極板的導(dǎo)電性、耐電解液腐蝕及溶脹的性質(zhì)仍然不夠理想，不能滿(mǎn)足人們的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種鋅溴液流電池極板的制備成型及性能測(cè)試方法，使用該方法制作而成的鋅溴電池的極板具有良好的導(dǎo)電性、耐電解液腐蝕性及抗溶脹作用。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案鋅溴液流電池極板的制備成型方法，包括以下步驟SI，按重量份計(jì)算，取多壁碳納米管4 8份、導(dǎo)電炭黑5 10份及石墨5 10份進(jìn)行配混及攪拌，攪拌時(shí)間為30分鐘；S2，按重量份計(jì)算，取PE原材料70 80份加入上述混料中進(jìn)行二次攪拌，攪拌時(shí)間為30分鐘；S3，將上述混料利用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行雙螺桿擠出并利用擠出機(jī)頭擠出片材成型，擠出時(shí)熔體的溫度為210°C 215°C，擠出壓力為15 20Mpa，熔體停留時(shí)間為I 3min。前述的鋅溴液流電池極板的制備成型方法中，步驟S3利用“T”型模頭擠出片材成型，“T”型模頭內(nèi)部流道呈“T”字型，塑料熔體自進(jìn)料端進(jìn)入模頭后經(jīng)“T”型流道可均勻擴(kuò)散開(kāi)，然后從?？跀D出，這樣可以有效控制出料厚度的均勻性。前述的鋅溴液流電池極板的制備成型方法中，步驟S2所述的PE原材料采用LLDPE和HDPE，LLDPE和HDPE的成型穩(wěn)定性好，耐溶劑腐蝕作用強(qiáng)，從而使得加入添加劑碳納米管后的材料用來(lái)制作的鋅溴電池的極板的耐電解液腐蝕性及抗溶脹作用更強(qiáng)。前述的鋅溴液流電池極板的制備成型方法中，步驟S2所述的LLDPE和HDPE的質(zhì)量比為1: 2，可以使材料具備LLDPE的韌性及抗沖擊性能的同時(shí)具備HDPE的良好硬度及機(jī)械強(qiáng)度。實(shí)現(xiàn)前述方法中的鋅溴液流電池極板的一種性能測(cè)試方法，包括以下步驟SI，將待測(cè)樣品裁成12cm * 12cm大小，用邊框固定，試樣表面要求平滑、清潔、無(wú)裂紋、無(wú)氣泡和雜質(zhì)，試樣不得拉伸或彎曲，表面不得拋光或打磨；S2，將上述樣品放入3mol/l的溴化鋅和3mol/l的溴的混合溶液中，溫度維持在50°C，浸泡一周；S3，將浸泡后的樣品取出，用清水沖洗干凈，晾干待測(cè)；S4，利用高度規(guī)及精雕機(jī)床測(cè)量樣品在厚度方向上的變形量，得出變形量變化曲線(xiàn)及最大變形量值。上述性能測(cè)試方法中使用精雕機(jī)床搭載高度規(guī)進(jìn)行厚度測(cè)量，有效利用了精雕機(jī)床的位移精度，可以使測(cè)量更加準(zhǔn)確，誤差更小。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在PE導(dǎo)電塑料的制備過(guò)程中，加入了新型導(dǎo)電添加劑-碳納米管，由于碳納米管是長(zhǎng)徑比很大的一維管狀結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)更容易在樹(shù)脂中形成網(wǎng)絡(luò)，平均管徑在11納米左右，但管長(zhǎng)大約10微米，這樣的結(jié)構(gòu)不但有利于電子傳導(dǎo)，同時(shí)還可以降低接觸電阻；加入碳納米管后，可以減少其他添加劑的添加量，其他添加劑的添加量的減少再加上碳納米管本身較好的力學(xué)性能，可以使雙極板材料在滿(mǎn)足電性能的同時(shí)保持優(yōu)異的物理性能。碳納米管在塑料中分散成絲網(wǎng)狀，可以起到構(gòu)架牽連的作用，從而有效阻礙材料變形，同時(shí)其他添加劑的添加量的減少可以使材料內(nèi)部缺陷減少，降低電解液通過(guò)缺陷部位腐蝕基材的幾率，減小溶脹變形量。另外，本發(fā)明中采用的是多壁碳納米管，其不僅加工穩(wěn)定性好、加工韌性強(qiáng)，而且價(jià)格合理，適合大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用；另外，本發(fā)明中的PE導(dǎo)電塑料采用LLDPE和HDPE，LLDPE和HDPE的成型穩(wěn)定性好，耐溶劑腐蝕作用強(qiáng)，從而使得加入添加劑碳納米管后的材料用來(lái)制作的鋅溴電池的極板的耐電解液腐蝕性及抗溶脹作用更強(qiáng)，而且LLDPE和HDPE的質(zhì)量比為I : 2，可以使材料具備LLDPE的韌性及抗沖擊性能的同時(shí)具備HDPE的良好硬度及機(jī)械強(qiáng)度。此外，本發(fā)明中利用“T”型模頭擠出片材成型，“T”型模頭內(nèi)部流道呈“T”字型，塑料熔體自進(jìn)料端進(jìn)入模頭后經(jīng)“T”型流道可均勻擴(kuò)散開(kāi)，然后從?？跀D出，這樣可以有效控制出料厚度的均勻性。最后，本發(fā)明的性能測(cè)試方法中使用精雕機(jī)床搭載高度規(guī)進(jìn)行厚度測(cè)量，有效利用了精雕機(jī)床的位移精度，可以使測(cè)量更加準(zhǔn)確，誤差更小。


圖I是碳納米管在掃描電子顯微鏡下的形態(tài)示意圖；圖2是碳納米管在透射電子顯微鏡下的形態(tài)示意圖；圖3是雙螺桿擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是擠出機(jī)頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是碳納米管及其他幾種導(dǎo)電添加劑添加到同種PE樹(shù)脂中的表面電阻率對(duì)比圖；圖6是碳納米管復(fù)合PE導(dǎo)電塑料基電極材料在掃描電子顯微鏡下的形態(tài)示意圖。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施例I :鋅溴液流電池極板的制備成型方法，包括以下步驟SI，按重量份計(jì)算，取多壁碳納米管5份、導(dǎo)電炭黑8份及石墨6份進(jìn)行配混及順時(shí)針攪拌，攪拌時(shí)間為30分鐘，其中碳納米管在掃描電子顯微鏡下的形態(tài)示意圖和在透射電子顯微鏡下的形態(tài)示意圖如圖I和圖2所示；S2，按重量份計(jì)算，取PE原材料80份加入上述混料中進(jìn)行二次攪拌，攪拌時(shí)間為30分鐘，其中所述的PE原材料可為L(zhǎng)LDPE和HDPE的混合物，二者的含量比為I : 2 ;所述的攪拌是常規(guī)攪拌，可以為順時(shí)針攪拌，其中碳納米管復(fù)合PE導(dǎo)電塑料基電極材料在掃描電子顯微鏡下的形態(tài)示意圖如圖6所示；S3，將上述混料利用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行雙螺桿擠出并利用擠出機(jī)頭擠出片材成型，擠出時(shí)熔體的溫度為210°C，擠出壓力為15Mpa，熔體停留時(shí)間為lmin，其中雙螺桿擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。步驟S3中，利用“T”型模頭擠出片材成型，擠出機(jī)頭的結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。本發(fā)明的實(shí)施例2 :鋅溴液流電池極板的制備成型方法，包括以下步驟SI，按重量份計(jì)算，取多壁碳納米管8份、導(dǎo)電炭黑5份及石墨5份進(jìn)行配混及常規(guī)攪拌，攪拌時(shí)間為30分鐘，其中碳納米管在掃描電子顯微鏡下的形態(tài)示意圖和在透射電子顯微鏡下的形態(tài)示意圖如圖I和圖2所示；S2，按重量份計(jì)算，取PE原材料70份加入上述混料中進(jìn)行二次攪拌，攪拌時(shí)間為30分鐘，其中所述的PE原材料可為L(zhǎng)LDPE和HDPE的混合物，二者的含量比為I : 2所述的攪拌是常規(guī)攪拌，可以為順時(shí)針攪拌，其中碳納米管復(fù)合PE導(dǎo)電塑料基電極材料在掃描電子顯微鏡下的形態(tài)示意圖如圖6所示；S3，將上述混料利用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行雙螺桿擠出并利用擠出機(jī)頭擠出片材成型，擠出時(shí)熔體的溫度為215°C，擠出壓力為20Mpa，熔體停留時(shí)間為3min，其中雙螺桿擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。
步驟S3中，利用“T”型模頭擠出片材成型，“T”型模頭(如圖4所示)內(nèi)部流道呈“T”字型，塑料熔體自進(jìn)料端進(jìn)入模頭后經(jīng)“T”型流道可均勻擴(kuò)散開(kāi)，然后從?？跀D出，這樣可以有效控制出料厚度的均勻性。本發(fā)明的實(shí)施例3 :鋅溴液流電池極板的制備成型方法，包括以下步驟SI，按重量份計(jì)算，取多壁碳納米管4份、導(dǎo)電炭黑10份及石墨10份進(jìn)行配混及常規(guī)攪拌，攪拌時(shí)間為30分鐘，其中碳納米管在掃描電子顯微鏡下的形態(tài)示意圖和在透射電子顯微鏡下的形態(tài)示意圖如圖I和圖2所示； S2，按重量份計(jì)算，取PE原材料76份加入上述混料中進(jìn)行二次攪拌，攪拌時(shí)間為30分鐘，其中所述的PE原材料可為L(zhǎng)LDPE和HDPE的混合物，二者的含量比為I : 2所述的攪拌是常規(guī)攪拌，可以為順時(shí)針攪拌，其中碳納米管復(fù)合PE導(dǎo)電塑料基電極材料在掃描電子顯微鏡下的形態(tài)示意圖如圖6所示；S3，將上述混料利用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行雙螺桿擠出并利用擠出機(jī)頭擠出片材成型，擠出時(shí)熔體的溫度為215°C，擠出壓力為20Mpa，熔體停留時(shí)間為3min，其中雙螺桿擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。步驟S3中，利用“T”型模頭擠出片材成型，“T”型模頭(如圖4所示)內(nèi)部流道呈“T”字型，塑料熔體自進(jìn)料端進(jìn)入模頭后經(jīng)“T”型流道可均勻擴(kuò)散開(kāi)，然后從?？跀D出，這樣可以有效控制出料厚度的均勻性。實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例中的鋅溴液流電池極板的一種性能測(cè)試方法，包括以下步驟SI，將待測(cè)樣品裁成12cm * 12cm大小，用邊框固定，試樣表面要求平滑、清潔、無(wú)裂紋、無(wú)氣泡和雜質(zhì)，試樣不得拉伸或彎曲，表面不得拋光或打磨；S2，將上述樣品放入3mol/l的溴化鋅和3mol/l的溴的混合溶液中，溫度維持在50°C，浸泡一周；S3，將浸泡后的樣品取出，用清水沖洗干凈，晾干待測(cè)；S4，利用高度規(guī)及精雕機(jī)床測(cè)量樣品在厚度方向上的變形量，得出變形量變化曲線(xiàn)及最大變形量值。實(shí)施例結(jié)果實(shí)例說(shuō)明針對(duì)多壁碳納米管對(duì)電池極板性能的影響作了如下的試驗(yàn)分別利用碳納米管代替正常組分配比中的一種或兩種成分，具體如表I所示表I
^~M^M(0Zq)
試驗(yàn)PE基材~CNT I~CB~~右墨~
I~ 601525
~2~ 60~ 1030J__60___5__35_
J__69___16__15_
"5~ 80416
~7~ 79516
~8~ 77.5 " 518
~9I 90I 10性能測(cè)試萬(wàn)法(I)體電阻率測(cè)試采用“四點(diǎn)法”測(cè)定；(2)浸溴變形量測(cè)試a，將待測(cè)樣品裁成12cm * 12cm大小，用邊框固定，試樣的表面要求平滑、清潔、無(wú)裂紋、無(wú)氣泡和雜質(zhì)等缺陷，試樣不得拉伸或彎曲，其表面不得拋光或打磨；b，放入3mol/l的溴化鋅和3mol/l的溴的混合溶液中，溫度維持在50°C，浸泡一周;
C，將浸泡后樣品取出，用清水沖洗干凈，晾干待測(cè)；d，用高度規(guī)，借助精雕機(jī)床測(cè)量浸泡后樣品在厚度方向上的變形量，得出變形量變化曲線(xiàn)及最大變形量值(_)。性能測(cè)試效果如表2所示表權(quán)利要求
1.鋅溴液流電池極板的制備成型方法，其特征在于，包括以下步驟 SI，按重量份計(jì)算，取多壁碳納米管4 8份、導(dǎo)電炭黑5 10份及石墨5 10份進(jìn)行配混及攪拌,攪拌時(shí)間為30分鐘； S2，按重量份計(jì)算，取PE原材料70 80份加入上述混料中進(jìn)行二次攪拌，攪拌時(shí)間為30分鐘； S3，將上述混料利用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行雙螺桿擠出并利用擠出機(jī)頭擠出片材成型，其中，擠出時(shí)熔體的溫度為210°C 215°C，擠出壓力為15 20Mpa，熔體停留時(shí)間為I 3min。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋅溴液流電池極板的制備成型方法，其特征在于，步驟S3中，利用“T”型模頭擠出片材成型。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的鋅溴液流電池極板的制備成型方法，其特征在于，步驟S2中所述的PE原材料采用LLDPE和HDPE。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋅溴液流電池極板的制備成型方法，其特征在于，所述的LLDPE和HDPE的含量比為1:2。
5.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求I 4所述方法中的鋅溴液流電池極板的一種性能測(cè)試方法，其特征在于，包括以下步驟 、 SI，將待測(cè)樣品裁成12cm* 12cm大小，用邊框固定，試樣表面要求平滑、清潔、無(wú)裂紋、無(wú)氣泡和雜質(zhì)，試樣不得拉伸或彎曲，表面不得拋光或打磨； 、S2，將上述樣品放入3mol/l的溴化鋅和3mol/l的溴的混合溶液中，溫度維持在50°C，浸泡一周； 、S3，將浸泡后的樣品取出，用清水沖洗干凈，晾干待測(cè)； 、 S4，利用高度規(guī)及精雕機(jī)床測(cè)量樣品在厚度方向上的變形量，得出變形量變化曲線(xiàn)及最大變形量值。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了鋅溴液流電池極板的制備成型及性能測(cè)試方法，所述的制備成型方法包括以下步驟S1，按重量份計(jì)算，取多壁碳納米管4～8份、導(dǎo)電炭黑5～10份及石墨5～10份進(jìn)行配混及攪拌，攪拌時(shí)間為30分鐘；S2，按重量份計(jì)算，取PE原材料70～80份加入上述混料中進(jìn)行二次攪拌，攪拌時(shí)間為30分鐘；S3，將上述混料利用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行雙螺桿擠出并利用擠出機(jī)頭擠出片材成型，擠出時(shí)熔體的溫度為210℃～215℃，擠出壓力為15～20Mpa，熔體停留時(shí)間為1～3min。本發(fā)明在制備PE導(dǎo)電塑料時(shí)加入了新型導(dǎo)電添加劑-碳納米管，從而使得制作而成的鋅溴電池的極板的導(dǎo)電性、耐電解液腐蝕性及抗溶脹性得以明顯改善。
文檔編號(hào)G01B21/32GK102615804SQ20121011707
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月19日
發(fā)明者任忠山, 劉學(xué)軍, 孟琳, 陸克 申請(qǐng)人:北京百能匯通科技股份有限公司