1实验
1.1双极板的制备与测试
固定ABS粉(台湾省产，HＲ181标准料)的质量为100份，按正交实验表1，与碳纤维(上海产，＞95%，6～8μm)、CNT(成都产，90%)、乙炔黑(山东产，灰分＜0.2%)、炭黑(美国产，XC72型)混合，搅拌混匀后，置于自制双极板模具中，在220℃下以10MPa的压力保压10min。泄压后，快速水冷、脱模，得到尺寸为50mm×50mm×0.8mm的双极板基材。在双极板基材的两侧各贴上1层0.05mm的铅箔(山东产)，采用同样的条件进行热压、脱模，即得到不同配方的双极板。用Agilent-4338B型电阻仪(美国产)测量双极板的面电阻。将压制好的双极板，两面夹上电阻配套夹具，在20kPa的压力下，由电阻仪直接读取双极板的面电阻(Ｒ)，测量3次，当3次测试的数据变化不大时，取最小值。
1.2双极电池的制备与测试
参照6-DZM-20电池的尺寸设计双极电池。受面积的限制，双极电池的单格容量不宜设计得很高，否则会导致双极板的涂膏过厚。24V、10Ah双极电池等效于12V、20Ah传统单极电池，双极板的总体尺寸为181mm×172mm×0.8mm，涂膏区域的尺寸为165mm×128mm，电池的整体尺寸为181mm×172mm×77mm，总共采用13片双极板，极板的总物理面电阻为1.69mΩ，平均面阻为0.13mΩ。采用本公司的生产工艺涂膏，正、负极涂覆量分别为138±2g、115±2g，共涂制11片双极板(在双极板涂膏区的两侧，分别涂上正、负极浆料，得到双极板)、1片正极单极板(仅在极板的一侧涂上正极浆料)、1片负极单极板(仅在极板的一侧涂上负极浆料)，组装双极电池，用BTS1020C4型20V、10A充放电机(宁波产)进行化成、测试。化成采用3充2放的方式:①以0.10C恒流并限压28.8V充电12h;②以0.50C放电1.5h;③以0.15C恒流并限压28.8V充电10h;④以0.50C放电至21.6V;⑤以0.12C恒流并限压28.8V充电10h，化成完毕。化成后的双极电池与充满电的本公司产6-DZM-20电池进行对比。6-DZM-20电池以0.5Ca(10A)放电至10.8V，以0.5Ca充电至14.4V，转恒压充电至充电容量为24Ah，即充满。两种电池均以0.5Ca放电(双极电池为5A，6-DZM-20电池为10A)，截止单体电压为1.8V，即双极电池放电至21.6V，6-DZM-20电池放电至10.8V。
2结果与讨论
2.1双极板结果与讨论
2.1.1正交实验结果及因素分析
随着碳材料的添加量增加，双极板成型外观逐渐受到影响。0号配方虽然电阻略高，但易分散、工艺简单且成本最低，同时，ABS添加量最高(含量为86.2%)，极片的韧性理应更好。双极板电阻与各导电材料的添加量，在一定范围内呈反比。在2～6(相对于100份ABS，下同)范围内添加CNT的效果，基本与在4～8范围内添加乙炔黑一致，但CNT的价格高于乙炔黑;当碳纤维、CNT和乙炔黑的添加量分别达到6、4及6时，再提高添加量，达不到降低电阻的效果。这是因为某一组分添加量的增加，必然降低其他材料的添加量，反而降低了整体效果;碳纤维添加量为0.5的0号配方压制的双极板，电阻与4～8碳纤维添加量的各配方处于同一水平，说明微量添加碳纤维即可。
2.1.2配方优选
根据以上分析，将碳纤维的量设定为1，以适当提高双极板的结构强度，将CNT的量控制在0.5，以控制成本，将乙炔黑和炭黑的量分别控制在6和8左右，以降低电阻，选取3个优选比例，同样制成50mm×50mm×0.8mm双极板进行测试，重复3次取平均值。优选2号和3号配方在电阻和成型方面基本上没有区别，且均优于正交实验中的0～9号配方，因此，复合材料双极板的优化配方为:m(ABS)∶m(碳纤维)∶m(CNT)∶m(乙炔黑)∶m(炭黑)=100∶1∶0.5∶6∶8。
2.2双极电池的测试结果
采用优选2号配方进行双极电池实验，双极电池和6-DZM-20电池的主要测试数据见表4。双极电池在质量和内阻方面存在较大的优势，可提高电池的比能量、放电平台。
3结论
通过正交实验，确定复合材料双极板的优化配方为:m(ABS)∶m(碳纤维)∶m(CNT)∶m(乙炔黑)∶m(炭黑)=100∶1∶0.5∶6∶8，以此制作双极板，进行了初步的电池测试。双极电池在质量及内阻方面较传统电池存在的优势，可提高电池的比能量;由于不需要铅板栅，减少了铅的用量和带来的环境问题;成本比以亚氧化钛为导电材料的商品双极板低。当前的重点是对双极板进行开发，尚未对样品双极电池的循环性能等进行系统测试，需要进一步的开发与确认。
作者：宋永江 罗云峰 单位：常州优特科新能源科技有限公司
