一种氢溴储能电池用溴电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氢溴储能电池用溴电极及其制备方法，该溴电极包括多孔碳材料和其表面附着的催化层，所述多孔碳材料为石墨毡、炭毡、活性炭纤维毡或碳布；所述催化层由催化剂炭黑、有序介孔碳、掺杂有序介孔碳和粘结剂Nafion或PVA构成。其制备工艺为：(1)将多孔碳材料先后放入去离子水、无水乙醇中超声清洗20-40min，最后于80-120℃烘干备用；(2)将催化剂和粘结剂分散在溶液中形成均匀的墨汁状浆液；(3)将多孔碳材料浸入墨汁状浆液，取出干燥后即得溴电极。本发明专利技术的溴电极比表面积大、催化活性高，从而有效提高电池性能；采用价格便宜的碳材料作为催化剂，溴电极成本低，制备工艺简单，易于批量生产。

Bromine electrode for hydrogen bromine energy storage battery and preparation method thereof

The invention discloses a hydrogen storage electrode with bromine bromine battery and preparation method thereof, the bromine electrode includes a catalyst layer attached to porous carbon material and its surface, the porous carbon material, carbon felt for Shi Mozhan, the active carbon fiber felt or carbon cloth; the catalytic layer by the catalyst of carbon black, ordered mesoporous Kong Tan, doped ordered mesoporous carbon and binder of Nafion or PVA. The preparation process is as follows: (1) the porous carbon material has placed in ultrasonic cleaning 20-40min deionized water, ethanol, drying in 80-120 degree centigrade standby; (2) the catalyst and binder slurry evenly dispersed to form ink in solution; (3) the porous carbon material into the ink dipping slurry, remove after drying the bromine electrode. The invention of the bromine electrode surface area, high catalytic activity, which can effectively improve the performance of the battery; using cheap carbon materials as catalyst, bromine electrode of low cost, simple preparation process, easy batch production.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及储能电池领域，具体为一种氢溴储能电池用溴电极及其制备方法。
技术介绍
随着经济的发展和人们生活水平的提高,整个社会对电能的需求越来越多。电能的存储在电力系统调峰、军事应用、可再生能源储能等方面具有重大意义。因此开发一种低成本、环境友好、可商业化的大功率高效储能技术，显得尤为重要。氢溴储能电池是利用氢气和溴的氧化还原反应进行能量储存与转换的二次能源系统，是一种高效的储能技术。工作时，溴电极电解液通过循环泵输送到电池内，在电极上完成电化学反应后流出电池回到储液罐中，氢气从储气罐中进入电池参加反应或生成的氢气被储存在储气罐中。其电极反应为：正极反应：负极反应：在标准状态下，电池的正负极电势差是1.098V。与全钒液流电池相比，氢溴储能电池具有充放电电流密度更大、效率更高的优点，可用于电站调峰、大规模风能发电、太阳能发电的储能电源、不间断电源以及边远地区储能系统。溴电极是作为氢溴储能电池关键材料之一，其性能的优劣直接影响电池的性能。目前，文献报道的氢溴储能电池使用的溴电极材料主要为贵金属催化剂如Pt、Ru、Ir及其氧化物或其混合物或其合金。贵金属的使用不可避免的提高了电池的制造成本，不利于大规模推广使用。多孔碳材料具有电导率高、稳定性好、耐腐蚀、孔隙率高等优点，将其作为溴电极使用而不使用贵金属催化剂可以大幅降低氢溴储能电池的制造成本。但是多孔碳材料电化学活性较低，且其表面与电解液的润湿性差，液体在其内部流动不畅，固液接触面积小，所以需要对其进行表面处理，以提高其电化学活性和润湿性。目前对电极材料进行表面处理的方法主要有表面氧化改性、担载金属氧化物催化剂、生长碳纳米管等方法。专利CN102136579A公开了一种石墨毡表面处理方法，通过过氧化氢或芬顿试剂增加碳纤维表面官能团以提高电化学活性，但无法解决石墨毡比表面积小的问题，活性提高有限，并且会造成材料的机械强度下降。专利104201396A公开了一种铈锆氧化物修饰碳电极制备方法，通过附着铈锆氧化物提高电化学活性、提高液流电池放电性能。但制备的铈锆氧化物与碳材料之间结合力相对较弱，易被冲刷流失。专利103682384A公开了一种复合碳电极的制备方法，将碳纳米管阵列直接生长的碳素基体上，得到的复合碳电极比表面积、电化学活性明显提高。但该制备方法需高温反应，能耗和成本高。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对现有氢溴储能电池溴电极电化学活性低而提供一种成本低廉、制备工艺简单的氢溴储能电池溴电极，以提高氢溴储能电池的性能。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种氢溴储能电池用溴电极，包括多孔碳材料和其表面附着的催化层，所述催化层由催化剂和粘结剂构成。所述多孔碳材料为石墨毡、炭毡、活性炭纤维毡、碳布或碳纸。所述催化剂为炭黑、有序介孔碳、掺杂介孔碳中的任意一种或二种混合物，所述粘结剂为Nafion、PVA中的任意一种。所述的石墨毡为聚丙烯腈基石墨毡、粘胶基石墨毡、纤维素基石墨毡、沥青基石墨毡中的任意一种；所述的碳毡为聚丙烯腈基碳毡、粘胶基碳毡、纤维素基碳毡、沥青基碳毡中的任意一种。所述催化层中催化剂和粘结剂的重量比为95:5～50:50。所述催化层中催化剂的担载量为0.5-10mgcm-2，优选2-5mgcm-2。一种氢溴储能电池用溴电极制备方法，其制备工艺为：(1)将多孔碳材料放入去离子水中超声清洗20-40min，然后放入无水乙醇中超声清洗20-40min，最后于80-120℃烘干备用；(2)将催化剂和粘结剂分散在分散体系中，使之形成均匀的墨汁状浆液；(3)将预处理的多孔碳材料浸入墨汁样浆液或将墨汁样浆液喷涂在多孔碳材料上，80～120℃干燥2～8h后即制得溴电极。所述步骤(2)中的分散体系采用醇或水-醇体系。本专利技术具有以下特点：(1)本专利技术氢溴储能电池用溴电极，采用的多孔碳材料，并且多孔碳材料来源广泛、价格低廉，大大降低了电池成本，促进氢溴储能电池的商业化应用。(2)本专利技术提出的溴电极的制备方法，通过浸渍或喷涂的方法将催化剂附着在多孔碳材料表面，处理工艺简单，无需复杂设备要求，操作方便快捷。与热氧化、酸氧化相比，条件温和可控，避免了因热氧化和酸氧化控制不当导致的材料稳定性能下降。(3)本专利技术具有较高的实用价值，可实现大批量生产。(4)本专利技术制备的溴电极有效增大了电化学反应面积，导电性良好，有效提高了氢溴储能电池性能。附图说明图1为实施例1制备的GF/Carbonblack复合溴电极电池性能。图2为实施例2制备的CF/Carbonblack复合溴电极电池性能。图3为实施例3制备的GF/有序介孔碳复合溴电极电池性能。具体实施方式为进一步了解本专利技术的
技术实现思路
，下面结合附图对本专利技术做进一步说明。实施例1将石墨毡剪成2cm×2cm的小块，放入去离子水中超声清洗30min后倒掉清洗过的水，加入去离子水继续清洗30min，重复3次。然后使用无水乙醇超声清洗30min，取出放入鼓风干燥箱中120℃烘干2h后备用。取炭黑8mg，5wt.％Nafion溶液64mg和3ml无水乙醇，超声分散30min制备墨汁状浆液。将4cm2的石墨毡浸入墨汁状浆液中超声1min，取出用热风吹干，继续浸入墨汁状浆液中，反复几次直至浆液全部用完，然后放入鼓风干燥箱中120℃干燥5h后即制得GF/Carbonblack溴电极。对比例1：将石墨毡剪成2cm×2cm的小块，放入去离子水中超声清洗30min后倒掉清洗过的水，加入去离子水继续清洗30min，重复3次。然后使用无水乙醇超声清洗30min，取出放入鼓风干燥箱中120℃烘干2h。将烘干的石墨毡放入体积比为3:1的浓硫酸和浓硝酸混合溶液中，水浴加热80℃分别氧化8h，然后用去离子水反复超声清洗30min，取出放入鼓风干燥箱中120℃烘干2h，得到酸氧化的溴电极。对比例2：将石墨毡剪成2cm×2cm的小块，放入去离子水中超声清洗30min后倒掉清洗过的水，加入去离子水继续清洗30min，重复3次。然后使用无水乙醇超声清洗30min，取出放入鼓风干燥箱中120℃烘干2h。将烘干的石墨毡放入管式炉中，以3℃/min的升温速率加热到500℃，并分别保温5h，然后随炉降至室温，得到热氧化的溴电极。...

【技术保护点】
一种氢溴储能电池用溴电极，其特征在于：所述溴电极包括多孔碳材料和其表面附着的催化层，所述催化层由催化剂和粘结剂构成。

【技术特征摘要】
1.一种氢溴储能电池用溴电极，其特征在于：所述溴电极包括
多孔碳材料和其表面附着的催化层，所述催化层由催化剂和粘结剂构
成。
2.根据权利要求1所述的氢溴储能电池用溴电极，其特征在于：
所述多孔碳材料为石墨毡、炭毡、活性炭纤维毡、碳布或碳纸中的任
意一种。
3.根据权利要求1所述的氢溴储能电池用溴电极，其特征在于：
所述催化剂为炭黑、有序介孔碳、掺杂介孔碳中的任意一种或二种混
合物，所述粘结剂为Nafion、PVA中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的氢溴储能电池用溴电极，其特征在于：
所述的石墨毡为聚丙烯腈基石墨毡、粘胶基石墨毡、纤维素基石墨毡、
沥青基石墨毡中的任意一种；所述的碳毡为聚丙烯腈基碳毡、粘胶基
碳毡、纤维素基碳毡、沥青基碳毡中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的氢溴储能电池用溴电极，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张林松，王怀宇，陈宁，王明友，宫惠峰，
申请(专利权)人：邢台职业技术学院，
类型：发明
国别省市：河北;13