[发明专利]一种液流电池用多孔电极及其制备方法

说明书

本发明提供一种液流电池用多孔电极及其制备方法，涉及液流电池领域。本发明的制备方法包括以下步骤：S1、将聚丙烯腈和金属盐加入到N,N‑二甲基甲酰胺或N,N‑二甲基乙酰胺中，加热混合，待聚丙烯腈和金属盐溶解，得到电纺原液；S2、用所述电纺原液进行静电纺丝，得到电纺纤维膜；S3、将有机配体溶于溶剂中，得到有机配体溶液，将所述电纺纤维膜浸泡在所述有机配体溶液中一段时间，待电纺纤维丝表面原位生成MOF颗粒；S4、将表面沉积MOF颗粒的纤维丝进行预氧化，然后在惰性气体氛围下进行碳化，即得多孔电极。本发明制备得到的多孔电极具有较大的比表面积，有助于降低电池的活化损失，提高电池性能，可适用于各类液流电池。

技术领域

本发明涉及液流电池领域，特别是涉及一种液流电池用多孔电极及其制备方法。

背景技术

随着环境污染、气候变暖和能源短缺等问题的日益加剧，清洁可再生能源在全球发电总量的比重在逐渐增加，其中主要包括风能和太阳能发电。但是风能和太阳能发电由于受时间、天气等因素影响，导致其发电具有的间歇性和波动性。为了提高可再生能源发电并网的稳定性，有必要利用储能系统对风能、光伏发电和电网之间进行协调。目前主要的储能系统包括抽水蓄能、压缩空气蓄能以及电池储能，其中电池储能由于其不受地域限制的特点受到了广泛的关注。在各类电池储能系统中，液流电池可以通过改变储液罐的体积来调节存储的电量，以及通过调节电池活性面积的大小控制输出的功率，因此可以根据用户需要灵活的选择电池的规模。另外，液流电池也具备较高的安全性以及较长的使用寿命，其作为储能系统近年来受到了广泛的关注。

电极作为电化学反应的场所，是液流电池的主要部件之一。为了降低电池的活化极化，欧姆极化和浓差极化，电极需要具备良好的电催化活性、较大的比表面积、较高的电导率和良好的传输性能。目前，在液流电池中最为广泛使用的电极材料是商业碳纤维材料，其中包括石墨毡，碳毡，碳纸和碳布。然而，商业电极由于较差的电化学活性和较小的比表面积，给电池造成很大的活化损失。为了降低液流电池的活化损失，有必要对商业石墨电极改性，主要方法包括在电极表面修饰催化剂，或者对碳纤维进行元素掺杂，以及对电极表面进行刻蚀。其中对碳纤维进行刻蚀造孔的方法，可以极大的提高电极的比表面积，而这种具有多级孔的电极结构可以实现液流电池在较高的电流密度下的高效运行。

对碳纤维进行刻蚀造孔的方法，可以极大地提高电极的比表面积，而这种具有多级孔的电极结构可以实现液流电池在较高的电流密度下的高效运行。但是，在商业的电极表面造孔往往导致额外的能量耗损和机械强度的损失。目前，除了商用的石墨材料外，利用静电纺丝制备碳纤维电极，可以对电极结构进行设计，使其同时满足大比面积、高电导率和高的传输性能的要求。传统的静电纺丝碳纤维由于其纤维丝直径较小，因而可以提供较大的比面积，但同时也牺牲了电极的传输性能，造成很大的浓差极化。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种液流电池用多孔电极的制备方法，利用静电纺丝技术，在电纺纤维丝表面原位生长MOF(金属有机框架)颗粒，在高温碳化过程中MOF颗粒刻蚀碳纤维的表面，形成多孔碳纤维电极，该多孔碳纤维具有多级孔结构，具有较大的比表面积，有助于降低电池的活化损失，提高电池性能，可适用于液流电池。

一种液流电池用多孔电极的制备方法，包括以下步骤：

S1、将聚丙烯腈和金属盐加入到N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺中，加热混合，待聚丙烯腈和金属盐溶解，得到电纺原液；

S2、用所述电纺原液进行静电纺丝，得到电纺纤维膜；

S3、将有机配体溶于溶剂中，得到有机配体溶液，将所述电纺纤维膜浸泡在所述有机配体溶液中一段时间，待电纺纤维丝表面原位生成MOF颗粒；

S4、将所述表面沉积MOF颗粒的纤维丝进行预氧化，然后在惰性气体氛围下进行碳化，即得多孔电极。