[发明专利]一种全钒液流电池用碳毡电极的改性方法

说明书

本发明提供一种全钒液流电池用碳毡电极的改性方法，将碳毡浸泡在无水乙醇或丙酮中超声处理，然后用纯水洗净并烘干待用，将干燥的碳毡放入密闭容器内并使其架空设置在密闭容器内的浓硝酸溶液上方，加热该密闭容器并利用容器内产生的高温高压的硝酸蒸汽对碳毡进行气相氧化处理，待碳毡冷却后分别用无水乙醇和纯水将碳毡洗净，烘干后得到改性碳毡。所述方法简单实用，极大地提高了碳毡电极的电催化活性和稳定性，碳毡的表面氧化更加均匀且氧化程度可通过调节硝酸用量、加热温度以及处理时间实现精准控制，加之硝酸用量少且基本不存在浪费问题，节省了大量成本，易于被应用到实际生产中。

技术领域

本发明涉及全钒液流电池生产技术领域，具体地，涉及一种全钒液流电池用碳毡电极的改性方法。

背景技术

全钒液流电池作为一种绿色环保的新型储能电池，符合当下社会可持续发展的主题，可作为大规模固定储能方式被广泛应用。电极是钒电池的关键部件之一，也是钒电池反应的场所，因此，电极材料的活性比表面积大小以及电化学稳定性直接决定了钒电池的功率密度、能量效率和使用寿命。在诸多碳质类和金属类材料中，碳毡因其具有的耐腐蚀性强、导电性好、比表面积较大、机械强度高、成本低等优点，被广泛地用作商用钒电池的电极材料。但是，由于未处理的碳毡普遍存在电催化活性低及润湿性差等缺点，所以基于碳毡的改性研究对提高钒液流电池的综合性能有着重要意义。

目前，对碳毡材料的改性主要从以下几个方面入手：

一、在碳纤维的表面修饰具有良好催化活性的金属氧化物或贵金属等物质；

二、在碳毡材料内掺杂进N、O、B等元素，使得碳纤维的表面形成缺陷，增加碳纤维的导电性以及活性位点；

三、在碳毡的表面或孔隙处修饰石墨烯、碳纳米管等具有较高比表面积的物质以增加电催化活性；

四、通过浓硫酸或双氧水等强氧化性溶液对碳毡进行液相氧化处理；

五、在空气或氧气等氧化性气氛环境下，采用高温加热的方式氧化处理碳毡。

总的来说，上述前三种方法虽然可以很大程度提高碳毡的电化学活性或者导电性，但是要达到实际生产中的规模化应用还需要克服生产成本偏高、生产工艺流程复杂等问题，最后两种方法是目前最接近实际生产的改性方案，主要目的是通过提供强氧化性环境使得碳毡表面的部分碳原子氧化，进而在碳纤维表面形成-C-O-或-C＝O-等含氧官能团。

中国专利CN201610159154公开了一种全钒液流电池用电极材料的修饰方法，其具体为：先将碳素类电极材料在浓硫酸、浓硝酸体积比1:1～10:1的混合溶液中氧化处理6～18h，再清洗上述氧化处理过的碳素类电极材料至中性，然后放入烘箱中干燥，干燥温度为80～120℃，干燥时间为8～16h，最后在硫酸铜和硫酸亚锡的混合溶液中电沉积上述干燥的碳素类电极材料，经烘干后，即得全钒液流电池用电极材料。本发明增加了电极材料的导电性，方便了电荷的转移，降低了电极材料的内阻，改善了电极材料的电化学活性，提升了电池的氧化还原可逆性，同时提高了全钒液流电池的电压效率和能量效率。但是该修饰方法还存在如下缺点：过程复杂且需消耗大量的化学用剂，导致成本高昂，且由于碳毡本身润湿性较差，电极材料难以保证各处氧化均匀且氧化程度无法精确调控，使得最终的改性效果并没有达到最优。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单易行、改性效果显著、可控性强、且可实现规模化生产的碳毡改性处理方法，以解决背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种全钒液流电池用碳毡电极的改性方法，包括如下步骤：

1)将待处理的碳毡浸泡在具有溶解油渍效果的有机溶剂中进行超声处理，以去除碳纤维表面的杂质和灰分；

2)将碳毡用纯水洗净并烘干待用；

3)在加热条件下用硝酸蒸汽对碳毡进行气相氧化处理；