碳布增强型导电塑料双极板的制备与性能

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1、碳布增强型导电塑料双极板的制备与性能碳布增强型导电塑料双极板的制备与性能侯绍宇,刘西文,陈晖1,2,刘建国,严川伟t(1.中国科学院金属研究所,辽宁沈阳110044;2.沈阳科金新材料有限公司,辽宁沈阳110044)摘要:采用聚乙烯为基体,炭黑和石墨为导电填料.通过碳布做增强骨架,制备了钒电池三明治型导电塑料基复合双极板.结果表明双极板的最佳配方为:m(炭黑):m(石墨):45:15,总填料含量为60%.碳布的引入有效地提高了双极板的力学性能,尤其是弯曲疲劳寿命大幅提高.该双极板在100m.~Jcm2的电流密度下,电流效率为97%,电压效

2、率达到82%,能量效率达到80%.关键词:钒电池;双极板;导电塑料;碳布;疲劳寿命中图分类号:TM912文献标识码:A文章编号:1002—087X(2011)08—0926—03PreparationandperformanceofconductivecompositeplasticbipolarplatestrengthenedbycarbonfabricHOUShao—yu,2L1UXi-wen,CHENHui,,LIUJian—guo,YANChuan—weif』.ShenyangBranchGoldNev,MaterialsCo.

3、,Ltd.,ShenyangLiaoning110044,China;2.InstituteofMetalResearch,ChineseAcademyofSciences,ShenyangLiaoningJ10044,China)Abstract:Inthispaper,usingpolyethylene(PE),carbonblackandgraphiteasconductivefillers,andcarbonfabricasstrengthenedmaterial,asandwich-likeconductiveplasticbi

4、polarplatewasprepared.ThemechanicaIandthebatteryDerfOrmancewerestudied.Theresultsshowthatthebestprescriptionofthecompositeconductiveplasticiscarbonblack:graphite=45:15,andthetotalfillingmaterialsis60%.Thecarbonfabriccanenhancethemechanicalperformanceofbipolarplateeffectiv

5、elyespeciallythefatiguelife.Under100mhJcmcurrentdensity,usingthiscarbonfabricstrengthenedmaterialasbipolarplate,thevoltageefficiencyforthetestedvanadiumflowbatteryis82%andthecurrentefficiencyis97%andtheenergyefficiencyis80%.Keywords:vanadiumflowbattery;bipolarplate;conduc

6、tiveplastic;carbonfabric;fatiguelife钒电池(VRB)是一种新型的电化学储能电池,具有高效,安全和环保等优点,可作为可再生能源规模化发电储能,电网调峰等应用,近年来一直是电池研究的热点『l_2】.双极板是钒电池电堆的重要部件,用于集流和分隔正负极溶液,对其要求是具有较高的导电性,良好的机械强度,优异的耐腐蚀性以及较低的成本.可作为钒电池的双极板主要有:耐蚀金属类,碳素类和导电塑料类.耐蚀金属类双极板由于成本昂贵,不能进行大规模的应用脚;碳素类双极板通常采用石墨,玻碳等材料,这类材料在充电过程中易被腐蚀;导

7、电塑料类双极板是以导电填料和高分子树脂为原料,采用注塑或模压等方法来制备的,具有高导电,低成本,耐腐蚀等特点,受到极大关注[6-7].为获得较高的导电性,导电塑料双极板往往添加较多的导电填料,这就导致双极板的力学性能下降严重,尤其是双极板在多次拆装后的弯曲疲劳寿命低,难以满足大规模储能的实际应用.碳布材料具有较好的力学性能,做为骨架,可弥收稿日期:201112基金项目:国家重点基础研究发展计划(973)项目(2010CB-227203);国家自然科学基-&z11~(21o03141)作者简介:侯绍字(1982一),男,辽宁省人,硕

8、士研究生,主要研究方向为用聚合物基功能型复合材料.2O11.8Vo1.35No.8补基体树脂中加入大量导电填料带来复合材料机械性能差的缺点,使复合材料在横向和纵向的受力相同,可以提高复合材料的