钒电池集流体用pp

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总书记就是这么说的。总书记必须是一个好的导能量，具有一定的机械强度，抗强侵蚀，强氧化，强还原，耐电气腐败等优点。钒电池集流体一般使用石墨板,石墨集流体具有导电性高,充放电性能好,但在使用过程中常伴有电化学腐蚀,尤其在过充电条件下,石墨集流体容易被腐蚀,导致钒电池失效,因此,钒电池集流体成为钒电池商业化开发过程中的研究热点之一。导电塑料适合用作钒电池的集流体,本文根据聚四氟乙烯塑料的特点,结合钒电池的使用要求,选用聚四氟乙烯为基体树脂,添加非金属导电填料,通过混合、碾压、模压和烧结等工序制备了聚四氟乙烯导电塑料样品,测试了样品性能。1实验部分1.1化学、机械系统石墨:上海汇普工业化学品有限公司ks6;乙炔黑:深圳市华创化工有限公司;聚四氟乙烯悬浮液:工业级,含量60%,中昊晨光化工研究院;0.15cm柔性石墨纸:上海材料研究所生产石墨薄膜。1.2仪器、设备和仪器材料实验机:深圳市瑞格尔有限公司生产的RG2000-50电子万能材料实验机;体积电阻仪:上海精密科学仪器有限公司生产的QJ3两用直流电桥;碾压机:南京橡胶公司生产的三磙机;扫描电镜:香港FE1公司生产Quanta.200MK2环境扫描电镜;循环伏安仪:英国Solartron公司生产的SI1287electrochemicalinterface;测试软件:Corrware。1.3聚丙烯片材的制备按下列步骤进行:(1)将聚四氟乙烯悬浮液、导电填料和蒸馏水按照一定比例混合均匀,脱水、烘干;(2)用异丙醇浸泡物料;(3)在70℃～80℃的温度条件下,将浸泡后的物料通过碾压机反复碾压,制成片材;(4)将导电网和片材按要求裁成所需尺寸。将聚四氟乙烯片材置于导电网的两边,在400kg/cm2条件下,压制成初坯或根据需要,中间层不添加导电网,将一张或多张片材压成初坯;(5)初坯放入专用夹具中,390℃烧结30min,冷却脱模,制得样品。1.4样品的性能测试1.4.1体积电阻率测定样品按照《JJG-1993直流电阻器检定规程》标准测试,其体积电阻率公式:ρν=RSl-1(Ω·cm)式中:R——样品的电阻;S——样品的截面积;l——样品的长度。1.4.2能力学测试样品的厚度为2.79mm,将其裁成面积27.70mm2的样品,在RG2000-50电子万能材料实验机上进行力学性能测试。1.4.3品、东北部胶粘法样品的防渗漏性能检测示意图如图所示。导电塑料组件中的黑色部分是样品,外边是带流场的塑料边框,通过胶粘在一起。将图中的各组件通过螺栓固定,自来水通过泵流过进液孔,然后流过出液孔,循环30min,如不渗漏,则导电塑料不渗漏,就能用作钒电池集流体。1.4.4扫描速率s样品为正极,辅助电极为Pt电极,参比电极为Hg/Hg2SO4电极,1.8mol/LVOSO4的硫酸电解液,扫描条件:[2.2V,-2.5V],扫描速率20mV/s。通过循环伏安曲线来判断样品的电化学活性,活性越低,性能越好。将长10cm、宽2cm,厚2.79mm的样品,放入装有1.8mol/LVOSO4硫酸溶液的电解槽中,样品作为正极,铂片作为负极,恒流5A,通电4h,通过样品耐过充性能测试,根据样品是否被腐蚀来判定其是否耐电化学腐蚀。1.4.5耐腐蚀性试验样品在4mol/L硫酸中浸泡10d,根据其被腐蚀程度来判定其耐强酸腐蚀能力。2结果与讨论2.1金属导电填料考虑到钒电池集流体在使用过程中存在电化学腐蚀和酸腐蚀,因此导电填料不能选用铜和银等金属类导电填料,只能选用炭黑、石墨和炭纤维等耐酸、耐电化学腐蚀的非金属类导电填料。本文选用石墨和乙炔黑作为导电填料,研究了其不同含量对材料导电性的影响,具体配方及电性能见Tab.1。在相同工艺条件下,在导电填料总用量相同的条件下,改变石墨和乙炔黑的配比,从Tab.1中可以看出,随着石墨用量的增加,材料体积电阻率减小,表明其导电性越好,因此,选用石墨作为聚四氟乙烯塑料的导电填料。Tab.1Theinvestigationofelectricconductionfiller2.2导电石墨用量的影响石墨用量对样品体积电阻率的影响见Fig.1。随着石墨含量的增加,样品的体积电阻率下降,但是样品的体积电阻率与石墨的含量的关系不是线性关系。当石墨用量达到约77%时,材料的体积电阻率迅速下降,继续增加导电石墨的含量,其体积电阻率趋于减少为一定值,这与导电塑料的渗滤理论相符。77%石墨用量的样品SEM见Fig.2,电镜图表明鳞状石墨在材料中分布均匀,形成了较完整的导电网络,因而具有较高的导电性,样品相应的密度是1.25g/cm3,拉伸强度12MPa,体积电阻率为0.07Ω·cm,样品满足钒电池集流体对力学性能和导电性能的要求。2.3导电网电性能通过中间添加导电网,即采用层积复合法来提高样品的导电性能。在模压形成初坯的过程中,在碾压干燥片材中间加一层导电网,在400kg/cm2压强条件下压制成型,其电性能测试结果见Tab.2。从Tab.2可知,中间添加导电网,能够大幅度地提高塑料的导电性能,同时导电网的导电性越高,提高的效果越明显,这是因为导电网本身形成了导电网络,起集流作用,同时石墨颗粒跟导电网的接触,减少了电子在塑料中的传递距离,提高了样品的导电性。2.4抗渗透性能样品按1.4.3节的要求进行渗透性能测试。测试结果表明,样品具有抗渗透性能,能将钒电池正负极电解液有效隔离。样品在4mol/L硫酸中浸泡10d,样品没有被腐蚀,表明样品具有良好的耐强酸腐蚀能力。2.5样品的电磁性2.5.1钒电池集流体电化学活性样品和石墨的循环伏安曲线见Fig.3。石墨板有可逆的氧化还原峰出现,表明石墨板具有一定的电化学活性,但是样品没有可逆的氧化还原峰出现,说明其电化学活性较低。钒电池集流体不需要具有电化学活性,在电化学反应过程中起到集流作用。如果集流体的电化学活性较高,容易引起集流体的腐蚀,影响钒电池的使用寿命。因此,样品的耐电化学腐蚀的能力比石墨板强,适合用作钒电池集流体。2.5.2耐过充能力测试样品的耐过充性能测试时的充电电压高达10.4V的条件下,充电4h,样品不被腐蚀,但在同等条件下,若正极换用石墨板,充电电压为9.5V,在1.5h左右即被腐蚀,表面有许多窝坑,表明样品具有较强的耐过充能力。2.6高温烧结预处理将初坯进行高温烧结处理,能够提高塑料的导电性。77%石墨用量的初坯扫描电镜图见Fig.4。通过Fig.4可以看出,初坯形成了纤维状结构。Fig.2和Fig.4比较可知,在高温烧结条件下,聚四氟乙烯已经软化,具有一定的流动性,同时在夹具的压力作用下,样品更加致密,导电填料接触的几率更大,塑料的导电性增加。如77%石墨用量初坯的体积电阻率为0.11Ω·cm,经过烧结处理后的样品体积电阻率为0.070Ω·cm。3石墨烯的制备通过上述分析,可得出以下结论:(1)石墨填料是聚四氟乙烯导电塑料中较理想的导电填料;(2)用量77%的石墨