[发明专利]一种全钒液流电池电极用碳毡的改性方法

说明书

本发明涉及储能电池领域，具体涉及一种全钒液流电池电极用碳毡的改性方法。采用等离子体喷枪对成卷碳毡表面进行流水线处理，极大降低操作复杂性，明显改善碳毡电极亲水性及化学稳定性。本发明实现全自动化生产，活化后碳毡的性能较稳定无明显波动，无需人工操作及实时监管，安全稳定成本低并且产率大幅增加明显简化生产流程。

技术领域

本发明涉及储能电池领域，具体地涉及全钒液流电池领域，特别是一种专用于全钒液流电池电极碳毡的改性方法。

背景技术

全钒液流电池是一种新型大规模储能电池，具有容量独立、功率高、寿命长和易操作等优点。电极作为液流电池的关键部件之一，电极材料的性能好坏，直接影响电解液分布的均匀性、扩散状态、电池内阻以及电化学反应的速率，进而影响电极的极化程度以及电池的内阻，最终影响电池的能量转换效率，电极材料的稳定性也影响电池的使用寿命。

现有技术中全钒液流电池电极材料主要有玻璃碳、碳毡、石墨、石墨毡、碳纸、碳布等。碳毡或石墨毡均由碳纤维纺织而成，具有良好的机械强度，真实比表面积远大于集合表面积，可以提供较大的电化学反应面积，再加上良好的化学稳定性和导电性，使其成为全钒液流电池电极材料的研究热点之一。但是，如果直接将其用于全钒液流电池，则电化学活性、可逆性较低。因此，需要对其进行适当的改性处理以改善其亲水性和电化学活性。目前，对其改性的主要手段有气体氧化法、液相氧化法、电化学氧化法、γ射线法、水热法、表面沉积法等。但在大规模应用中，存在操作复杂、改性效果不明显、成本较高等问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种全钒液流电池电极用碳毡的改性方法，采用空气/氧气/氮气/混合气等离子体喷枪对成卷碳毡表面进行流水线处理，极大降低操作复杂性，明显改善碳毡电极亲水性及化学稳定性。

本发明的发明构思是：将气体与碳毡碳纤维表面高活性无定型碳原子发生反应，可以通过调节活化气体种类、流速，离子喷枪功率、温度，喷头与碳毡表面距离、喷头行速等因素，控制碳毡碳纤维表面碳被氧化的程度，使得碳毡碳纤维表面生长的含氧官能团种类及比例达到最优，碳毡达到最优活化程度。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

将未经过活化处理的成卷碳毡，通过滚轴传动送入活化区内经过20-80℃气体等离子喷枪活化处理，在碳毡碳纤维表面生长含氧官能团(-COH、-C＝O、-COOH、-COOR等)，其中等离子喷枪活化过程中条件为：以空气、氧气、氮气中一种或两种以上气体作为气源，气体流速0.1-100ml/min，喷头与碳毡表面距离0.1-10cm，喷头走速0.1-50cm/s，等离子喷枪功率2000-25000W。

进一步的，气体流速20-100ml/min，喷头与碳毡表面距离1-10cm，喷头走速20-50cm/s，等离子喷枪功率2500-8000W。

在流水作业过程中，根据生产效率需求可设置一个或多个等离子喷枪，等离子喷枪可采用横排或竖排排列。

作为优选，全钒液流电池电极用碳毡表面含氧官能团百分含量比为-C＝O：-COH：-COOR＝2:1:1。

作为一个优选的实施例，气源为空气和氮气时，空气与氮气流速比为9:1，总流速20ml/min，喷头与碳毡表面设定为1cm，喷头走速20cm/s。

作为一个优选的实施例，气源为氧气和氮气时，氧气与氮气流速比为1:1，总流速50ml/min，喷头与碳毡表面设定为5cm，喷头走速50cm/s。