摘要：提出PVDF“纳米胶”策略，将聚偏二氟乙烯经热处理包覆膨胀石墨，制备EG/PVDF复合双极板；该板抗溶胀率降至5%，钒离子渗透率降低一个量级，面电阻低于传统碳-聚合物板。装配VRFB后，200次循环能量效率保持>85%，验证其在长寿命储能系统中的应用潜力。

提出PVDF“纳米胶”策略，将聚偏二氟乙烯经热处理包覆膨胀石墨，制备EG/PVDF复合双极板；该板抗溶胀率降至5%，钒离子渗透率降低一个量级，面电阻低于传统碳-聚合物板。装配VRFB后，200次循环能量效率保持>85%，验证其在长寿命储能系统中的应用潜力。

基于PVDF改性的石墨复合双极板用于全钒液流电池

■ 作者

康英博1，杨腾飞1，翁应龙1，韩晓彤2

■ 单位

1. 辽宁工业大学 化学与环境工程学院；
2. 重庆大学 化学化工学院

■ 引用格式

康英博，杨腾飞，翁应龙，等.基于PVDF改性的石墨复合双极板用于全钒液流电池[J].洁净煤技术，2025，31（7）：38−43.
KANG Yingbo，YANG Tengfei，WENG Yinglong，et al. Enhanced graphite composite bipolar plate via PVDF modification for vanadium redox flow battery[J].Clean Coal Technology，2025，31（7）：38−43.

创新点

首创PVDF热熔“自填充-自修复”工艺，一步解决膨胀石墨溶胀、渗液两大痛点；实现无黏结剂轧压片材的高强度-高导电一体化；首次给出PVDF包覆量、热处理温度与腐蚀电位、能量效率的定量关联模型。

研究背景

全钒液流电池需双极板同时满足高导电、高耐酸和强机械支撑。膨胀石墨导电优异，但在强酸性钒电解液中易溶胀、分层，导致电阻陡增、效率衰减。现有碳-聚合物复合板常以高聚合物牺牲导电性或需额外涂层工艺，成本高且流程复杂，急需低成本、易规模化的改性技术。

研究内容

以膨胀石墨为主体，引入PVDF乳液经250 °C热处理熔融包覆，通过“混合-固化-轧制”四步法制成0.6 mm厚EG/PVDF复合双极板。利用SEM、接触角、溶胀率测定、钒离子渗透实验、电化学阻抗及200次恒流充放电循环，系统评价微观结构、润湿性、阻隔性、耐腐蚀性及VRFB性能。结果表明，PVDF熔体均匀渗入石墨片层裂纹，形成致密疏水屏障，显著抑制电解液渗透与体积膨胀，同时保持低面电阻与高导电通路。

研究结论

（1）PVDF包覆使双极板溶胀率由>10%降至≤5%，钒离子渗透率由1.3×10–9 mol/(L·s)降至2.1×10–10 mol/(L·s)，疏水角由83°升至97°，腐蚀电位由0.469 V正移至0.615 V。

（2）复合板体电阻95%，能量效率>85%，无明显结构损伤。

（3）该“纳米胶”工艺无需额外黏结剂或复杂设备，适合卷对卷连续轧压，为低成本、长寿命VRFB双极板提供可规模化的技术路线。

重要图表

图1 EG/PVDF双极板在不同时间的溶胀率

图2 EG/PVDF双极板随时间的钒离子渗透行为

图3 EG/PVDF双极板的阻抗谱图

通讯作者简介

韩晓彤，重庆大学化学化工学院副教授，硕士生导师。长期致力于新能源领域的前沿研究，主要方向包括电化学储能材料与器件、有机电合成技术以及废弃资源电催化转化与利用。作为项目负责人，先后主持国家自然科学基金、重庆市自然科学基金、重庆市留创计划多项国家级及省部级科研项目。在能源化学与化工领域取得了多项重要研究成果，已在Adv. Funct. Mater.、Adv. Energy Mater.、ACS Catal.、ACS Nano、ACS Energy Lett.、J. Phys. Chem. Lett.、Chem. Eng. J.、Chem. Eng. Sci.等国际权威期刊发表SCI论文70余篇，论文总被引频次超过5000次，H指数37。

来源：科学闻