[发明专利]液流电池电极处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及液流电池电极处理的一种方法,特别是一种全钒液流电池电极 的处理方法。

背景技术

液流电池因电池系统设计灵活、功率输出与电池容量相互独立、使用寿命 长、可深度充放电、大电流充放电、整体性能稳定等优点，所以液流电池在大 规模储能方面具有巨大的潜力，液流电池特别是全钒液流电池被认为能解决风 能、太阳能、潮汐能等不稳定性和间断性问题。1985年自澳大利亚新南威尔士 大学开始研究全钒液流电池以来，全钒液流电池的关键材料包括：隔膜、电极、 电解液、液流框等都得到不同程度的发展，特别是全钒液流电池的电极材料。 因为碳素电极具有导电性好、耐腐蚀、良好的稳定性、良好的机械性能、抗氧 化等特点，所以碳素材料作为液流电池电极的使用十分广泛，在全钒液流电池 中，电极作为提供钒离子反应的场所，所以要求电极具有高的电化学活性和比 表面积。但是目前的碳素电极特别是石墨毡电极表面活性低，使得在充放电过 程中，电极极化作用较大，不利于全钒液流电池在大电流情况下的充放电过程。 目前对于碳素材料主要处理方法包括金属处理和酸处理，金属方法主要利用金 属或者金属氧化物负载在碳素材料表面，虽然提高了碳素材料的电化学活性， 但是处理工艺复杂，特别是在电极处理过程中使用到很多稀有金属，增加了电 极的成本，从而不适合电极大量的处理；酸处理主要包括利用浓度为50-98％浓 硫酸和70％硝酸溶液处理3～15小时，全钒液流电池能量效率得到大幅提高，但 是该处理方法会对仪器造成严重腐蚀，在电极处理过程中会产生大量有毒有害 的废气和废水，不利于碳素电极的规模化生产。

ShaoY(参考文献：Nitrogen-dopedmesoporouscarbonforenergystorage invanadiumredoxflowbatteries[J].JournalofPowerSources,2010,195(13): 4375-4379.)等人利用介孔碳材料在氨气氛围中高温(800℃)数小时，得到具 有氮元素修饰的介孔材料，虽然碳素电极电化学活性得到提高，但是催化活性 强度较低，而且催化对象单一，仅是[VO]²⁺/[VO₂]⁺化学过程，不适合大规模生 产过程。

发明内容

为了克服液流电池电极电化学活性不足,本发明提供一种液流电池电极的 修饰方法，制备工艺技术要求低，成本低，可以大规模地应用于液流电池电极 制备。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种液流电池电极的制 备方法，以对氨基苯磺酸和碳素材料为原料，通过电聚合、电氧化、高温碳化 制备得到液流电池电极，

制备方法包括下列步骤：a、利用电聚合法将对氨基苯磺酸沉积在碳素材料 表面；b、在酸溶液中电氧化聚对氨基苯磺酸修饰的碳素材料；c、将上述碳素 材料置于高温条件下碳化数小时得到可用于液流电池的电极。

进一步地，所述碳素材料为碳毡、石墨毡、碳布、碳纸，优选石墨毡；优 选所述酸为硫酸。

进一步地，所制备得到电极为氮、氧元素同时修饰的电极，氮、氧元素的 重量百分比含量满足3x>2y+0.001，含氧官能团包括羟基、羧基，羟基与羧基的 摩尔比例为1:2-2:1。

进一步地，所述对氨基苯磺酸的沉积厚度为10～50nm，优选10～30nm。

进一步地，步骤a中反应温度为25～40℃。

进一步地，步骤a中需要加入电解质如氯化钾、氯化钠，浓度为0.1～1mol/L。

进一步地，步骤a中对氨基苯磺酸的浓度为1×10^-3～1×10^-1mol/L。

进一步地，步骤b的反应温度为室温(25℃)-40℃，电流大小为10～100 mA/cm²，硫酸的浓度为1～10mol/L，电氧化时间为1～120min

进一步地，步骤a、b中使用的溶剂均为去离子水。

进一步地，步骤c中碳化温度为300～1000℃，优选300～600℃，时间为30～360 min，优选30～60min，保护气体为氩气或氮气。

进一步地，所述液流电池电极为全钒液流电池电极。