[发明专利]一种用于低共熔溶剂电解液液流电池的复合双功能电极

说明书

本发明属于电化学储能中的液流电池技术领域，公开了一种用于低共熔溶剂液流电池的复合双功能电极及其应用。所述双功能电极是由富氧基碳材料电极和金属掺杂电极组成的复合电极，集高电催化活性和高导电性于一体。富氧基碳材料电极靠近电池的隔膜，金属掺杂电极靠近电池的集流器；两者电极通过竖直叠加排列作为电池负极，石墨毡、石墨纤维或碳纤维作为电池的正极。该电极可有效促进活性材料的氧化还原反应，加快电子转移进程，进而降低电池极化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，具体涉及一种用于低共熔溶剂电解液液流电池的复合双功能电极及其应用。

背景技术

化石能源的大量消耗引发了资源的短缺和环境的污染，为了缓解这一问题开发了如风能、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且并网性差的缺点，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，由于电池电解液粘度较大的原因，电池中离子的传导和电子的传递阻力较大。因而为了促进电极表面的氧化还原反应及电子转移进程，利用复合双功能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，以电极的孔隙率和沉积位点作为研究对象制成梯度电极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CN 106558704B中国专利，在全钒液流电池中以不同体密度的石墨纤维为研究对象，采用针刺法来降低电极本体电阻。本发明专利的主要区别在于，以不同电极部位的电化学改性为技术手段，针对电极不同位置的性能提高需求，实施不同的电化学改性方法。考虑结合近膜侧的高电催化活性电极及近集流器侧的高导电性电极来提高电池性能。

发明内容

本发明的目在于提供了一种用于低共熔溶剂液流电池的复合双功能电极及应用，来提高电极的电催化活性和导电性，获得整体性能更高的平面电极，从而提高电池的功率密度和能量效率。本发明既能够有效提高电极表面活性材料的反应速率，又可改善反应过程中的电子转移进程，提高电池性能。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于低共熔溶剂电解液液流电池的复合双功能电极，包括富氧基碳材料电极和金属掺杂电极，均竖直排布；所述富氧基碳材料电极具有高催化活性，所述金属掺杂电极具有高导电性，所述复合双功能电极集高电催化活性及高导电性于一体。

所述富氧基碳材料电极为：以石墨毡，碳纸，石墨纤维或碳纤维为基底材料，通过高温热处理、浓硫酸处理、水热氧化其中的一种来处理获得；

所述金属掺杂电极为：以石墨毡，碳纸，石墨纤维或碳纤维为基底材料，通过电沉积负载银、铜、金中的一种来获得。

进一步地，所述电沉积方法为直流电沉积、脉冲电沉积、超声波电沉积或喷射电沉积中的一种；电沉积过程选用的镀液为单盐镀液或络合物镀液；其中，络合物镀液为氰化物镀液、氢氧化物镀液、焦磷酸盐镀液、柠檬锰酸盐镀液、酒石酸盐镀液中的任何一种。

将本发明制备的复合双功能电极用于低共熔溶剂电解液液流电池中应用，以石墨毡、石墨纤维或碳纤维作为电池的正极；所述复合双功能电极作为电池的负极，其中，复合双功能电极的富氧基碳材料电极靠近电池的隔膜，金属掺杂电极靠近电池的集流器。