[发明专利]电极材料的改性方法、改性电极材料及其应用

说明书

本发明涉及液流电池技术领域，具体涉及一种电极材料的改性方法、一种改性电极材料及其应用。本发明提供的电极材料的改性方法，该方法将电极材料进行预处理、刻蚀和活化，尤其限定刻蚀的温度低于活化的温度，有效避免了电极材料的剥离现象，并极大地提高了电极材料的孔隙率、含氧官能团含量和无序化程度，从而有效提高了改性电极材料的催化活性和亲水性。同时，将本发明提供的改性电极材料用于液流电池，能够有效提高液流电池的电化学性能。

技术领域

本发明涉及液流电池技术领域，具体涉及一种电极材料的改性方法、一种改性电极材料及其应用。

背景技术

液流电池是一类电化学储能技术，一般利用充放电过程中正极和负极液相中活性物质价态的变化实现能量的储存和释放。目前已经开发成功的液流电池包括：全钒液流电池、铁铬液流电池和锌溴液流电池等技术。液流电池具有独立的能量单元和功率单元，能量单元一般指电池的正极和负极电解液，电解液中活性物质的浓度和体积决定了液流电池的能量上限，功率单元一般指单电池或者电池堆，电解液流过电池堆内的电极，活性物质在电极表面发生反应，从而将化学能转化为电能，或者将电能转化为化学能。

液流电池的电堆主要由电极、隔膜、双极板、集流体等构成，其中电极是液流电池的关键部件之一，为电化学反应提供场所。常用的电极材料包括碳毡、碳纸和碳布等，然而常规电极材料亲水性较差并且钒离子在电极表面的电化学活性也有待提升，基于此，如何高效提升电极的电化学活性和亲水性，提升液流电池的性能，是实现进一步商业化亟待解决的问题。

CN105529471A公开了一种全钒液流电池电极的处理方法，该方法包括：在碱液中充分浸泡后干燥后，在惰性气体的保护下高温活化，经洗涤干燥制得活化碳素电极材料，可增加钒离子电对在电极表面的有效反应面积，提高电池的电压效率和能量效率。然而，将电极直接进行高温刻蚀会有剥离现象的产生，导致生成的孔结构较小。

CN106299436A公开了一种全钒电池碳纤维毡及其改性方法以及全钒电池电极，该方法包括：将碳纤维浸入浓硫酸与水的混和溶液中，冷却后加入五氧化二钒至完全溶解，后缓慢加入双氧水，制备得到含碳氧双键官能团的碳毡。然而该方法使用浓硫酸、双氧水等强氧化剂进行氧化处理，安全性差，且成本相对较高。

CN104716338A公开了一种用水蒸汽处理电极的方法，该方法先将电极浸渍于去离子水中，后于惰性气氛中通入水蒸气进行高温处理，增大了电极的反应面积，提升了电池的性能。然而该方法直接将电极进行高温处理到导致剥离现象的产生，从而限定孔结构和孔隙率的提升。

因此，亟需一种电极材料的改性方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服电极材料存在含氧官能团含量较低、亲水性不足、与电解液接触面积小、孔隙率小等问题，提供一种电极材料的改性方法、一种改性电极材料及其应用，采用该方法制得的改性电极材料具有较高的孔隙率、含氧官能团含量和无序化程度，从而有效提高液流电池的电化学性能。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种电极材料的改性方法，该方法包括：在惰性气体存在下，将预处理后电极材料进行刻蚀，并将得到的刻蚀后电极材料进行活化，得到改性电极材料；

其中，所述活化的温度高于所述刻蚀的温度。

本发明第二方面提供一种第一方面提供的方法制得的改性电极材料。

本发明第三方面提供一种第二方面提供的改性电极材料在液流电池中的应用。

相比现有技术，本发明具有以下优势：

(1)本发明提供的电极材料的改性方法，巧妙将电极材料进行预处理、刻蚀和活化，尤其限定刻蚀的温度低于活化的温度，有效避免了电极材料的剥离现象，并极大地提高了电极材料的孔隙率、含氧官能团含量和无序化程度，从而有效提高了改性电极材料的催化活性和亲水性；