甲基磺酸铅液流电池复合电极材料的制备

摘要

甲基磺酸铅液流电池因其无隔膜的结构设计而在新能源储能领域备受关注。以改善甲基磺酸铅液流电池电极材料的导电性、机械性能和耐腐蚀性，进而提高电池的充放电效率和循环寿命为目标，本论文系统的研究了一种以高密度聚乙烯为基体材料、短切碳纤维为增强材料、鳞片石墨和乙炔炭黑为导电填料的复合电极材料的制备方法和工艺，明确了热模压成型的模压温度、模压压力和模压时间以及导电填料的配比对复合电极材料电导率及力学性能的影响规律，同时，为了改善复合电极材料的界面粘结强度，通过钛酸酯偶联剂对复合电极材料进行了改性处理，并分析其作用机理，研究了改性前后的复合电极材料对甲基磺酸铅液流电池的储电效率和循环寿命的影响。 结果表明：(1)以模压温度190℃、模压压力25 MPa、模压时间25 min的热模压成型方法，导电填料炭黑和石墨粉质量配比为1∶4，且经过1.5%钛酸酯偶联剂处理之后，复合电极材料的综合性能最优，电导率达到19.4s·cm-1，弯曲强度到达58.4 MPa，同时，通过扫描电镜观察分析，耐腐蚀性较未经钛酸酯偶联剂处理的复合电极材料有明显提高。(2)通过傅里叶红外光谱分析和XPS分析，得到偶联剂与高密度聚乙烯基体之间的结合方式为物理缠绕或交联作用，与增强材料和导电填料之间为化学键结合方式(-C-O-Ti-)，改善了复合电极材料的界面粘结性，同时，微珠实验表明经过钛酸酯偶联剂处理之后提高了基体材料与增强材料之间的剪切强度，从5.01±1.04 MPa提升到7.97±0.96 MPa。(3)以经过钛酸酯偶联剂处理的复合电极材料作为甲基磺酸铅液流电池的电极材料时，电池具有良好的充放电特性，库仑效率为92%～94%，电压效率为90%～93%，能量效率为83%～86%，同时，循环寿命也提高了2倍左右。(4)对目前商用的复合电极材料进行了基本性能检测，得电导率为11.708 s·cm-1，弯曲强度为41.78 MPa，都低于本论文所制备的复合电极材料的电导率和弯曲强度；在电池中应州时，其整体性能也低于本论文所制备的复合电极材料组装的小电堆。

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