[发明专利]含氮碳电极的制作方法及其液流电池

说明书

一种含氮碳电极的制作方法及其液流电池，为先将一碳材料、一高分子材料以及一改质剂混合形成一预成形体，对该预成形体进行一成形工艺而得一成形体，再进行一高温烧结，使一部分的该高分子材料被分解而去除，另一部分的该高分子材料和该碳材料共同形成一包含多数孔隙的骨干结构，并使该改质剂中的该氮附着于该骨干结构形成一含氮官能基，而形成一含氮碳电极。该含氮碳电极可应用于液流电池。借此，可以提高在垂直方向的导电特性，使液流电池的内电阻降低，提高放电功率。

技术领域

本发明涉及一种碳电极的制作方法，尤指一种含氮碳电极的制作方法及其液流电池。

背景技术

电化学液流电池(Electrochemical flow cell)，亦称为氧化还原液流电池(Redox flow battery)是一种电化学储能装置，主要可以分成全钒液流电池与锌溴液流电池两种，为将正负极电解液分开，并各自循环的一种高性能蓄电池，具有容量高、应用领域广、使用寿命长、元件设计灵活等特点。

如美国发明专利公开第US 20120045680号的「Redox flow battery」，其揭露一种氧化还原液流电池，包含有一电池槽、设于该电池槽内的一隔膜以及分设于该隔膜两侧的一正电极与一负电极，并将一正极电解液与一负极电解液供应至该电池槽中，其中，该正极电解液含有锰离子，该负极电解液含有选自钛离子、钒离子、铬离子、锌离子、与锡离子中的至少一种金属离子，通过使该正极电解液中进一步含有钛离子而作为抑制二氧化锰析出的抑制手段。

一般而言，电极皆为利用碳毡改质而成，然而，碳毡于水平方向的导电性好，但垂直方向的导电性差且比表面积小，使氧化还原的能力差，导致放电功率下降，因此，如何增加电极于垂直方向的导电性以及比表面积，实为一大课题。

发明内容

本发明的主要目的，在于解决电极于垂直方向的导电性差以及比表面积小，使氧化还原的能力差，导致放电功率下降的问题。

为达上述目的，本发明提供一种含氮碳电极的制作方法，包含有以下步骤：

将一碳材料、一高分子材料以及一改质剂混合形成一预成形体，于该预成形体中，该碳材料的重量百分比介于30％至85％之间，该高分子材料的重量百分比介于15％至60％之间，该改质剂的重量百分比介于3％至25％之间，其中该改质剂包含一氮，且该改质剂选自于胺类、酰胺、含氮杂环有机化合物、铵盐所组成的群组；

对该预成形体进行一成形工艺而得一成形体；以及

对该成形体进行一高温烧结，使一部分的该高分子材料被分解而去除，另一部分的该高分子材料和该碳材料共同形成一包含多数孔隙的骨干结构，并使该改质剂中的该氮附着于该骨干结构形成一含氮官能基，而形成一含氮碳电极。

其中，该碳材料选自于由纳米碳管、石墨稀、碳黑碳纤维、活性碳、石墨、中空碳、软碳及硬碳所组成的群组。

其中，该高分子材料选自于由聚氯乙烯、聚四氟乙烯、呋喃树脂、环氧化合物酚醛树脂、聚丙烯腈、聚乙烯醇、纤维素、聚偏二氟乙烯及氟化乙烯丙烯共聚物所组成的群组。

其中，该胺类选自于由丙胺、异丙胺、己胺、辛胺、十二烷基胺、3-甲基-2-氨戊烷、乙二胺、苯胺、甲苯胺、萘胺、联苯胺、联苯二胺、苯二胺、甲苯二胺、苯二胺及2,6-甲苯二胺所组成的群组。

其中，该酰胺选自于由乙酰胺、尿素及乙酰苯胺所组成的群组。

其中，该含氮杂环有机化合物选自于由吡咯烷、吡咯、吡啶、六氢吡啶、4-氨基-2-氧嘧啶、2,4-二氧嘧啶、三聚氰胺及5-甲基-2,4-二氧嘧啶所组成的群组。

其中，该铵盐选自于由氨基甲酸铵、碳酸铵、乙酸铵及碳酸铵所组成的群组。