[发明专利]全钒液流电池用多孔碳纤维纸电极材料及其制备和应用

摘要

一种全钒液流电池用多孔碳纤维纸电极材料，多孔碳纤维纸电极厚度为50‑1000μm，其由直径为5‑20μm的碳纤维组成，多孔碳纤维纸的孔隙率为60‑90％；碳纤维表面为多孔结构，碳纤维的比表面积为5‑50m²/g，孔径为50‑2000nm。制备的多孔碳纤维纸具有明显提高的比表面积和含氧官能团，能够显著提高碳纤维材料对钒离子氧化还原反应的电催化活性。这种电极材料适用于全钒液流电池，可以减小电池极间距降低电池内阻，并降低电荷转移电阻，提高全钒液流电池的电压效率和能量效率，从而提高其工作电流密度，使得相同输出功率的电池重量、体积以及成本均大大降低。

主权项

1.全钒液流电池用多孔碳纤维纸电极材料，其特征在于：多孔碳纤维纸电极厚度为50‑1000μm，其由直径为5‑20μm的碳纤维组成，多孔碳纤维纸的孔隙率为60‑90％；碳纤维表面为多孔结构，碳纤维的比表面积为5‑50m²/g，孔径为50‑2000nm；所述电极材料通过下述方法制备而成，1)将碳纤维在丙酮溶液中经脱胶处理后，放入溶有分散剂的水溶液中进行打浆，形成碳纤维浆料；2)将步骤1)中所述碳纤维浆料利用湿法成型造纸工艺制成碳纸前驱体；3)将所述碳纸前驱体在酚醛树脂的乙醇溶液中浸渍后经干燥处理再在150‑280℃下热压成型；4)将热压成型的碳纸原纸在惰性气氛下升至指定温度A 1000～2300℃，恒温保持0.5‑3h；5)然后调至指定温度B 700～1500℃，通入活化气和惰性气体的混合气恒温保持2‑60min；6)继而在惰性气氛保护下冷却至室温，制得多孔碳纤维纸电极材料；或，通过下述方法制备而成，1)将短切碳纤维在丙酮溶液中经脱胶处理后，放入溶有分散剂的水溶液中进行打浆，形成碳纤维浆料；2)将步骤1)中所述碳纤维浆料利用湿法成型造纸工艺制成碳纸前驱体；3)将所述碳纸前驱体在酚醛树脂的乙醇溶液中浸渍后经干燥处理再在150‑280℃下热压成型；4)将热压成型的碳纸原纸在活化气和惰性气体的混合气气氛下升至指定温度C800～1800℃，恒温保持2min‑2h；5)继而在惰性气氛保护下冷却至室温，制得多孔碳纤维纸电极材料。