[发明专利]一种用于液-液型低共熔溶剂电解液液流电池的分段式电极

说明书

本发明公开了一种用于液‑液型低共熔溶剂液流电池的分段电极及电池，所述分段电极由多段不同电化学活性的电极单体按电化学活性沿着电解液流动的方向逐渐增大的方式排列而成。通过在反应物进口侧设置较低活性的石墨或碳纤维电极，在反应物出口侧设置较高活性的石墨或碳纤维电极，可有效改善电解液的利用率，获得整体性能分布更均匀的平面电极，进而提高液流电池的功率密度和能量效率。

技术领域

本发明属于电化学储能中的液流电池技术领域，具体涉及一种用于液-液型低共熔溶剂电解液液流电池的分段式电极及应用。

背景技术

化石能源的大量消耗造成了资源的短缺和环境的污染，为了解决这一问题开发了诸如风能、太阳能这一类型的可再生能源。鉴于可再生能源存在电力输出不连续不稳定的缺点，因而发展高效、低成本的储能系统对于可再生能源的应用来说至关重要。

在各种储能技术中，液流电池技术由于输出功率与储能容量可调、环境友好等优点被认为是大规模储能技术中最具前景的技术。液流电池按照电解液可分为水系和非水系两大类。其中水系液流电池由于能量密度低、电化学窗口窄在一定程度上限制了其商业化发展。非水系液流电池的电解液不仅可以提供较宽的电化学窗口，也可以提高电池的能量密度。

电极作为液流电池的关键组成部分，其电化学活性对电池性能也有一定的影响。但常用的石墨毡或碳毡电极由于电化学活性低，动力学可逆性差，亲水性差等缺点限制了液流电池的能量效率和功率密度。为了提高电池的运行性能，有必要提高电极的电化学活性。此外，随着电池的持续运行，电解液中的活性离子在从入口处到出口处的电化学反应中不断消耗，由于浓度的不同会在电池中产生不同的过电位，因而为了提高电极内反应的均匀性和降低过电位，利用分段电极的概念来提高平面电极的整体性能。

在目前已公开的专利申请中用到类似方法的主要有如公开号为CN 111509234A的中国专利申请所公开的在沉积型液流电池，利用梯度电极的孔隙率或沉积位点数目沿垂直于电极表面方向的变化，来促进活性物质的均匀沉积和抑制枝晶的生长。又如公告号为CN106558704B中国发明专利提及在全钒液流电池中通过将不同体密度的石墨纤维在垂直于电极表面的纵向方向上针刺成一体来降低电极本体电阻。

发明内容

本发明的目在于提供了一种用于液-液型低共熔溶剂液流电池的分段式电极及应用，来改善活性离子浓度从入口到出口的分布均匀性，获得整体性能分布更均匀的平面电极，从而提高电池的功率密度和能量效率，本发明既能够有效的提高电极的电化学活性，又可改善电解液的利用率，提高电池性能。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于液-液型低共熔溶剂液流电池的分段电极，其特征在于，由多段电化学活性不同的电极单体组成，所述多段电极单体的电化学活性沿着电解液流动的方向逐渐增大。

进一步的，所述电极单体的个数至少是两个。

进一步的，所述电极单体的基底材料为石墨毡、石墨纤维或碳纤维。

进一步的，电化学活性不同的电极单体通过氧化处理、金属化处理、金属氧化物处理、杂原子掺杂、表面缺陷中的至少一种来处理获得。

进一步的，所述氧化处理为将基底材料置于马弗炉中，以5℃/min的升温速率升至400℃，保温120min。

进一步的，所述金属氧化物处理处理为：将基底材料浸泡于九水硝酸铬溶液中，同时施加超声波处理后，取出在烘干箱中干燥8h；再将放置在马弗炉中，以5℃/min的升温速率升至400℃，保温120min，进行热处理；最后在氮气气氛下，以5℃/min的升温速率升温到500℃煅烧5h，最终得到由金属氧化铬负载的石墨毡电极。

由所述分段电极组成的液-液型低共熔溶剂液流电池。