[发明专利]一种钒电池石墨毡电极材料的硅掺杂改性方法

说明书

本发明提供一种钒电池石墨毡电极材料的硅掺杂改性方法，属于绿色能源材料领域，将聚丙烯腈基石墨毡用去离子水超声清洗干净，在烘箱中烘干，然后将石墨毡浸泡在硅酸乙酯和乙二醇的水溶液中，超声波震荡，随后静置，待形成凝胶后，取出石墨毡，在真空炉中煅烧，空冷后，得到电化学活性高的钒电池硅掺杂石墨毡改性电极材料。本发明的钒电池石墨毡电极材料经过硅掺杂改性以后，硅质量掺杂量为5.5～9.3％、吸水率提高486～578％、比表面积提高55～68％，在200mA/cm²的电流密度下，改性后的石墨毡用做钒电池电极后的能量效率，在使用温度为45～47℃时，仍能保持在使用温度10～35℃时能量效率的76～88％。

技术领域

本发明涉及一种钒电池石墨毡电极材料的硅掺杂改性方法，属于绿色能源材料领域。

背景技术

全球世界经济的迅猛发展消耗大量的化石能源，造成自然资源的日益枯竭，因此要求尽快寻找可再生能源及清洁能源，钒电池具有功率密度高、充电迅速等优异特性，而作为能源改革的重要支撑技术，并引起越来越多人的关注。

电极材料的性质直接影响钒电池的性能优劣，石墨毡因为加工方便，损耗小，有逐渐取代传统金属电极的趋势，但是石墨毡电极使用时存在与电解液的润湿性差，电化学活性位点少，使用温度范围窄等技术难题。

发明内容

针对上面提到的技术问题，本发明提供一种钒电池石墨毡电极材料的硅掺杂改性方法，以聚丙烯腈基石墨毡为钒电池的基本电极材料，将硅酸乙酯溶胶超声分散在石墨毡中，静置形成凝胶后，取出石墨毡，在真空炉中煅烧，空冷后，得到电化学活性高的钒电池硅掺杂石墨毡改性电极材料。

本发明的技术方案如下：

将聚丙烯腈基石墨毡用去离子水超声清洗干净，在烘箱中烘干，然后将石墨毡浸泡在硅酸乙酯和乙二醇的水溶液中，超声波震荡，随后静置，待形成凝胶后，取出石墨毡，在真空炉中煅烧，空冷后，得到电化学活性高的钒电池硅掺杂石墨毡改性电极材料。

所述的一种钒电池石墨毡电极材料的硅掺杂改性方法，包括以下步骤：

(1)将聚丙烯腈基石墨毡裁剪为5cm×10cm尺寸大小，用去离子水冲洗一遍，然后浸泡在去离子水中超声清洗15～30分钟；

(2)取出聚丙烯腈基石墨毡，放在45℃的烘箱中烘干；

(3)用去离子水和硅酸乙酯试剂配制摩尔浓度为0.3～0.8mol/L的硅酸乙酯溶液A，搅拌均匀；

(4)将乙二醇逐滴滴加到硅酸乙酯溶液A中，边加边超声震荡，得到硅酸乙酯混合溶液B；

(5)将烘干的聚丙烯腈基石墨毡浸入溶液B中，在30～50℃条件下继续超声震荡5～10分钟，然后静置30～60分钟，溶液B变成溶胶C；

(6)待溶胶C变为清澈透明的凝胶后，取出聚丙烯腈基石墨毡，放入真空炉中，在105℃条件下预热处理5～10分钟，随后在450～600℃条件下煅烧2～4小时，空冷后得到用于钒电池的硅掺杂改性石墨毡电极材料。

所述的钒电池石墨毡电极材料的硅掺杂改性方法，其优选方案为，改性后的石墨毡上掺杂了硅元素，质量掺杂量为5.5～9.3％。

所述的钒电池石墨毡电极材料的硅掺杂改性方法，其优选方案为，改性后的石墨毡电极材料吸水率比改性前提高486～578％。

所述的钒电池石墨毡电极材料的硅掺杂改性方法，其优选方案为，改性后的石墨毡用做钒电池电极后的比表面积，比没改性的石墨毡电极提高了55～68％。

所述的钒电池石墨毡电极材料的硅掺杂改性方法，其优选方案为，在200mA/cm²的电流密度下，改性后的石墨毡用做钒电池电极后的能量效率，在使用温度为45～47℃时，仍能保持在使用温度10～35℃时能量效率的76～88％。