[发明专利]一种电极材料在锌溴单液流电池中的应用

说明书

本发明涉及锌溴液流电池技术领域，特别涉及一种电极材料在锌溴单液流电池中的应用，包括一节单电池或由二节以上电池串联而成的电池组，单电池包括正极电极框、正极、隔膜、负极、负极电极框，正极材料为将预氧毡经过碳化、高温石墨化、活化处理后得到的活化石墨毡，负极材料为将预氧毡经过碳化后得到的碳毡。本发明提出了一种长寿命锌溴单液流电池，该方法在负极电极制备时只经过碳化处理，而无高温石墨化以及硫酸氧化活化过程，电极表面无多余含氧官能团生成，电极表面更加均匀。另一方面，电极没有经过硫酸活化，其活性较低，使得锌的沉积速率减缓，更加有利于提高锌的沉积均匀性。

技术领域

本发明涉及锌溴液流电池技术领域，特别涉及一种锌溴单液流电池。

背景技术

为解决风能、太阳能等可再生能源发电不连续的特点，大规模储能技术已经成为了人们关注的焦点。锌溴单液流电池作为一种新型大规模储能系统，具有能量密度高、成本低、可靠性强的优势。锌溴单液流电池在工作时先将正极活性物质灌入电极中封闭，充放电时循环泵驱动电解液在负极和电解液储存罐之间进行循环流动。负极电解液流动可以有效的抑制锌枝晶的产生，防止由于锌枝晶刺透隔膜而造成电池短路。由于正极活性物质密封在电池内部，防止了正极充电态溴扩散到大气中而造成的环境污染。

电极材料作为锌溴单液流电池的核心部件，其优劣程度直接决定了锌溴单液流电池的寿命及效率。传统的锌溴单液流电池大多采用平板电极，但其比表面积低、电阻高等因素制约了锌溴单液流电池技术的发展。碳毡作为一种具有较高导电性的多孔材料，可以给活性物质提供可观的反应位点，减小电化学极化。然而，人们的研究重点普遍在于提升碳毡的活性，增加其亲水性，但是对于沉积性电池来说，在电极的活化处理中，电极表面的含氧官能团的不均匀性，也可能导致活性物质在电极表面反应的不均匀，降低电池性能。除此之外，如果电极具有过高的反应活性，会导致锌沉积的速率增快，进一步增加了锌沉积的不均匀程度，降低了电池性能。本发明提供了一种可以使用未活化碳毡或未活化石墨毡作为负极材料的方法，在保证电池效率的同时，减缓锌沉积的速率，增加了锌沉积的均匀程度，提高了电池的循环寿命。

发明内容

本发明提出了一种电极材料在锌溴单液流电池中的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：

包括一节单电池或由二节以上电池串联而成的电池组，单电池包括正极电极框、正极、隔膜、负极、负极电极框，其特征在于：正极采用将预氧毡经过碳化、高温石墨化、活化处理后得到的活化石墨毡，负极材料为将预氧毡经过碳化后得到的碳毡。活化过程为硫酸活化或水蒸气、CO₂活化。正极预氧毡碳化过程为将预氧毡放置在温度1000-1800℃炭化炉中处理5-10分钟得到碳毡，高温石墨化处理过程为将碳毡放置在温度2000-3000℃石墨化炉中处理10-40秒得到石墨毡，硫酸活化过程为将石墨毡置于质量浓度60-98％的硫酸溶液中浸泡24-48小时，取出用水洗涤后干燥得活化石墨毡，水蒸气活化过程为将温度为300-500℃的水蒸气持续通入石墨毡中30-60分钟，取出烘干后得到水蒸气活化石墨毡。CO₂活化过程为将温度为400-900℃的CO₂持续通入石墨毡中20-40分钟，取出后得到CO₂活化石墨毡。负极预氧毡碳化过程为将预氧毡放置在温度1000-1800℃炭化炉中处理5-10分钟得到碳毡。电池由一节单电池或二节以上电池串联而成的电池组、电解液储存罐、循环泵和循环管路组成。隔膜为多孔膜。所述锌溴单液流电池的正极和负极电解液均为溴化锌溶液，溴化锌浓度为2-4mol/L。

本发明的有益效果