[发明专利]一种全钒液流电池用负极电极及其制备方法及全钒液流电池

说明书

本发明公开了一种全钒液流电池用负极电极，包括碳素电极基体及负载于所述碳素电极基体表面的催化剂，所述催化剂包括至少一种金属‑乙二胺四乙酸配合物，所述金属为铜、镍、铁、钴、钒、锡、铋、钨和钼中的一种或多种。本发明还相应提供一种上述全钒液流电池用负极电极的制备方法，包括以下步骤：(1)活化碳素电极基体；(2)将金属‑乙二胺四乙酸配合物溶于有机溶剂中得到催化剂溶液，再将步骤(1)中经活化的碳素电极基体浸入催化剂溶液中，超声负载后干燥即得到全钒液流电池用负极电极。本发明的全钒液流电池电化学活性高、动力学可逆性好、稳定性高。

技术领域

本发明属于液流电池领域，尤其涉及一种全钒液流电池用电极及其制备方法及全钒液流电池。

背景技术

目前，世界各国均面临着能源短缺的严峻问题，同时过度使用化石能源带来的环境污染问题也亟待解决。因此，大力开发风能、太阳能、潮汐能等可再生能源，提高它们在能源消费中的比重，成为人类生存和社会发展进步的必然选择。然而，可再生能源发电具有不稳定和不连续的缺点，达不到直接并网的标准，为了更稳定的使用可再生能源，一个有效、统一的解决方案是在传统电力供应链条里引入大型储能设备。在目前可用的储能设备中，全钒液流电池具有容量和功率可调、大电流无损深度放电、运行安全、易操作和维护、使用寿命长、无环境污染等突出的优点。因此，全钒液流电池可应用于电能的平滑输出、电力系统调频、负荷管理及偏远地区离网供电、通信基站电源和电动车充电站等诸多领域。

电极作为全钒液流电池的重要组件之一，现在广泛使用的是具有高比表面积、高导电性且化学稳定性优异的碳素类电极。电解液中的钒离子在电极-电解液界面之间通过接受或给出电子来完成电池化学反应，进而实现电能与化学能之间的转换而完成能量的存储与释放。全钒液流电池电极的基本要求可归纳如下：(1)电极本身不参与反应，它只为钒离子的氧化还原反应提供反应场所；(2)由于电解液由强酸组成，电极必须在高酸性环境下具有良好的化学稳定性；(3)电极须在电池的工作电位窗口内具有良好的电化学稳定性；(4)电极必须具有优良的电导率，用于电荷转移反应的快速进行。

未处理的碳素类电极对于全钒液流电池氧化还原电对的电化学活性及动力学可逆性较差。在应用之前，一般需要对其处理，以获得电化学活性高、副反应少、循环性能稳定的电极材料。因此，掌握一种提高电极材料亲水性及其电化学活性的方法尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种电化学活性高、动力学可逆性好、稳定性高的全钒液流电池用负极电极，并相应提供其制备方法及全钒液流电池。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种全钒液流电池用负极电极，包括碳素电极基体及负载于所述碳素电极基体表面的催化剂，所述催化剂包括至少一种金属-乙二胺四乙酸配合物，所述金属为铜、镍、铁、钴、钒、锡、铋、钨和钼中的一种或多种。其中，金属-乙二胺四乙酸配合物的结构示意如下：

其中，M为金属。

上述全钒液流电池用负极电极中，优选的，负载于所述碳素电极基体表面的催化剂的量与碳素电极基体的质量比为0.005-0.06。质量比低于0.005时，负载的催化剂的量不够，改性效果不好。质量比高于0.06时电化学性能提高不明显或略有降低，主要原因是过多的催化剂负载使得催化剂密集堆积，可能会造成碳素电极孔道的堵塞，电解液在电极内的流通受阻，从而其电化学性能略有降低，但其性能仍高于未修饰碳素电极。

上述全钒液流电池用负极电极中，优选的，所述金属为铋、钨与镍中的一种或多种。选取金属时首先考虑选取过渡金属，因为过渡金属元素具有能用于成键的空d轨道以及较高的电荷/半径比，其很容易与配位体乙二胺四乙酸形成稳定的配位化合物。另外，金属铋是已知的具有杰出析氢抑制作用的金属，铋的加入可以有效地削弱全钒液流电池负极析氢副反应的发生。