[发明专利]全钒液流电池用导电炭黑/纳米碳纤维复合电极制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池制造及能源存储领域，具体为一种全钒液流电池用导电炭黑/纳米碳纤维复合电极的制备方法。

背景技术

全钒液流电池是一种利用钒离子不同价态的化学变化进行储能的新型二次电池，其正负极活性物质均为钒的硫酸溶液，电极反应均发生于液相，极大的降低了电化学极化，其额定功率及额定功率均能单独设计，通过更换电解液能达到瞬时充电，100％深度放电也不会对电池有所损害。基于以上优点，其可以广泛应用于风能、太阳能等储能、电网调峰、不间断电源等方面。

目前，全钒液流电池所用的电极材料主要为碳素类的石墨毡或炭毡，该材料具有电阻率低、比表面积大、化学及电化学稳定等优点。但是，全钒液流电池电极反应在其表面的电化学活性较低，所以需要对石墨毡或炭毡进行活化处理来提高其电化学活性，进而提高电池性能。

如今，有很多针对炭毡或石墨毡电极材料的改性方法，其中包括液相或气相化学处理、电化学处理、过渡金属及其氧化物修饰，但是这些方法对于提高碳纤维的电化学活性很有限，而且容易破坏碳纤维的优异物理性能。另外，修饰在碳纤维上的过渡金属及其氧化物不能长期存在其表面，电化学性能不稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全钒液流电池用导电炭黑/纳米碳纤维复合电极的制备方法，解决现有技术中存在的全钒液流电池电极反应在电极材料表面活性低、电极材料的电催化性能不稳定等问题。

本发明的技术方案为：

一种全钒液流电池用导电炭黑/纳米碳纤维复合电极的制备方法，包括以下的步骤和工艺方法：

1)纺丝液的制备：将聚丙烯腈或聚乙二醇以一定的比例加入到二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中，水浴条件下搅拌均匀；

其中，聚丙烯腈的平均分子量为50000～200000，聚乙二醇的平均分子量为2000～10000，聚丙烯腈或聚乙二醇与二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺的质量比为5：95到20：80，水浴温度为40～80℃；

2)将导电炭黑按比例加入到1)所述的纺丝液中，通过搅拌或者超声的方式使其分散均匀；

其中，所加入的导电炭黑与溶液中的聚丙烯腈或聚乙二醇的质量比为1：100到10：1；

3)将2)得到的复合纺丝液利用静电纺丝技术得到纳米纤维膜，纳米纤维膜的厚度为0.01～5毫米；

4)将3)得到的纳米纤维膜经过气氛炉进行预氧化及碳化；

其中，预氧化温度为200～300℃，保温时间为0.5～4小时；碳化温度为600～1500℃，保温时间为0.5～10小时，惰性保护气氛为氮气或者氩气；

5)将4)所得的电极材料直接用去离子水清洗或超声清洗；

其中，超声时间为5～30分钟。

所述的全钒液流电池用导电炭黑/纳米碳纤维复合电极的制备方法，步骤1)中，聚丙烯腈或聚乙二醇在二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的搅拌时间为0.5～24小时。

所述的全钒液流电池用导电炭黑/纳米碳纤维复合电极的制备方法，步骤2)中，导电炭黑在复合纺丝液中的搅拌时间为1～24小时，超声时间为0.5～10小时。

所述的全钒液流电池用导电炭黑/纳米碳纤维复合电极的制备方法，步骤3)中，静电纺丝工艺参数为：针头孔径为0.3～2.0毫米，注射器容量为5～500毫升，纺丝液流速为0.2～5毫升/小时，转辊的转速为100～1000转/分钟，针头与转辊之间的电压为10～50千伏，针头与转辊上纳米纤维膜收集板之间的距离为10～50厘米，纺丝温度为20～50℃，纺丝湿度为20～70％RH。

所述的全钒液流电池用导电炭黑/纳米碳纤维复合电极的制备方法，转辊上纳米纤维膜的收集板为炭纸、石墨纸、炭布、铝箔、锡箔、氧化铝箔中的一种，炭纸、石墨纸的厚度为30～300微米，炭布的厚度100～1000微米，铝箔、锡箔、氧化铝箔的厚度为10～100微米。

所述的全钒液流电池用导电炭黑/纳米碳纤维复合电极的制备方法，步骤4)中，预氧化处理的升温速度为2～25℃/分钟，碳化处理的升温速度为2～25℃/分钟，惰性保护气氛中的气体流量为20～100毫升/分钟。

所述的全钒液流电池用导电炭黑/纳米碳纤维复合电极的制备方法，步骤5)清洗之后的电极材料，在真空干燥箱或鼓风干燥箱中干燥，干燥温度为50～100℃，保温时间为12～48小时，烘干之后的电极材料厚度为0.01～3毫米。