[发明专利]一种高效的锌溴储能电池正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于电池技术领域，公开了一种高效的锌溴储能电池正极材料及其制备方法和应用。本发明的制备方法采用双模板合成得到，具体包括如下步骤：将双模板在溶液环境中溶解混合均匀，水热反应，协调组装得到二维材料，焙烧除去模板，得到二维二氧化硅材料；将邻菲罗啉用浸渍法引入二氧化硅模板中，高温炭化处理，得到高效的锌溴储能电池正极材料。上述方法制备得到的高效的锌溴储能电池正极材料具有均一的介孔，展现了优异的捕获能力进而提高活性；具有规整的孔道结构，有效的缩短传质距离和减少传质阻力，可大幅提高液流电池能量密度；具有高的比表面积和活性位利用率，可应用于电池领域中，特别应用于但不限于锌溴储能电池，且表现出优异的性能。

技术领域

本发明属于电池技术领域，特别涉及一种高效的锌溴储能电池正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，由于对可再生能源整合与利用的迫切需求，大规模储能技术越来越受重视。在不同储能方案中，液流电池由于其可独立调控的功率和能量、循环寿命长、安全性高，效率高和环境友好等特点成为最有前景的大规模储能技术。

原则上，任何两种具有不同电位的氧化还原对都可以构成电池，其中Br₂/Br^-氧化还原电对由于其高的标准电位(1.07V vs SHE)，充足的储量，高的功率密度和低成本在过去的几十年内深受研究者的关注。Br₂/Br^-氧化还原电对被广泛作为阴极氧化还原对研究，其与较低的氧化还原对结合构成电池，被称为溴基电池。Br₂/Br^-氧化还原电对的前景也已经被不同的溴基电池系统所证实。尽管锌溴电池取得非常可观的进展，但Br₂/Br^-缓慢的动力学一定程度上阻碍了溴基电池的应用。因此，研究对Br₂/Br^-氧化还原电对具有高活性的电极材料显得尤为重要。

合理的结构设计和表面基团功能化有利于获得高性能的电极材料。目前炭材料的活性已经有了很大的提高，但是其性能仍不能很好地满足实际需要。因此，为了改善溴基电池的性能，还需要开发具有良好性能的新型炭材料。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种高效的锌溴储能电池正极材料的制备方法。

本发明另一目的在于提供上述方法制备得到的高效的锌溴储能电池正极材料。

本发明再一目的在于提供上述高效的锌溴储能电池正极材料在电池中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种高效的锌溴储能电池正极材料的制备方法，采用双模板合成得到，具体包括如下步骤：将双模板在溶液环境中溶解混合均匀，水热反应，协调组装得到二维材料，焙烧除去模板，得到二维二氧化硅材料；将邻菲罗啉用浸渍法引入二氧化硅模板中，高温炭化处理，得到高效的锌溴储能电池正极材料。

本发明制备方法中，所述的双模板由表面活性剂和共模板组成，所述的表面活性剂为本领域常规表面活性剂即可，所述的共模板优选为氧化石墨烯(GO)。

所述的表面活性剂优选为聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物P123、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物F127、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)中的至少一种。

本发明制备方法中，所述溶液中，所述表面活性剂的浓度优选为1～5mM；所述共模板的浓度优选为4～15mg/mL。

本发明制备方法中，所述的双模板可为P123和GO、F127和GO、或CTAB和GO等表面活性剂和氧化石墨烯的组合。

所述水热反应的温度优选为100～130℃，水热时间优选为20～60h。