全钒液流电池复合电极及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种全钒液流电池复合电极及其制备方法。所述全钒液流电池复合电极包括碳纤维毡基体以及结合在碳纤维毡基体表面的碳纳米管，所述碳纳米管为含碳氧双键和/或碳氧单键的碳纳米管。所述制备方法包括吡咯的引入、碳纳米管的分散以及碳纳米管的接枝。本发明专利技术在碳纤维毡上接枝可控含量的含碳氧单键或碳氧双键的碳纳米管，在引入活性基团的同时，不会破坏碳纤维毡原本性能；并且由于碳纳米管的引入，使碳纤维毡的导电性能和比表面积都有相应的增加，更利于充放电反应的进行，具有能耗低、反应温和、易操作和可工业化生产等优点。

All vanadium flow battery composite electrode and preparation method thereof

The invention provides a vanadium vanadium redox flow battery composite electrode and a preparation method thereof. The vanadium vanadium redox flow battery composite electrode comprises a carbon fiber felt matrix and a carbon nanotube which is combined with the surface of the carbon fiber felt substrate. The preparation method includes the introduction of pyrrole, the dispersion of carbon nanotubes and the grafting of carbon nanotubes. Carbon nanotubes containing carbon oxygen bond or carbon oxygen double bond of the invention is grafted onto the carbon fiber content on the controllable, in the introduction of active groups at the same time, will not damage the original properties of carbon fiber felt; and because of the introduction of carbon nanotube, the conductivity of carbon fiber felt and specific surface area increased, more to the charge discharge reaction, low energy consumption, mild reaction conditions, easy operation and industrial production etc..

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于全钒液流电池电极材料
，具体来讲，涉及一种全钒液流电池复合电极及其制备方法。
技术介绍
全钒液流电池是一种新型无污染化学储能电源，为液流电池，没有固态反应，不发生物质结构的改变，且价格便宜，因此开发全钒液流电池可以缓解能源紧张状况。碳纤维毡因其价格低廉、导电性好、孔隙率大、化学稳定性好等优点而成为全钒液流电池用电极材料的首选，但碳纤维毡的电化学活性和亲水性还不能完全满足液流电池的要求，因此针对碳毡的改性研究就显得尤为重要。目前，根据研究发现，碳纤维毡的可逆性较差，电化学活性不高且亲水性较差，故需要采用合适的方法对其改性，在降低疏水性的同时，提高反应的活性，以改善电极性能。现有技术中一些能够提高碳纤维毡活性的改性方法，如热氧化处理、湿热法处理、浓酸处理等处理方法是将碳纤维毡上的碳纤维石墨化时未完全反应的部分进行强氧化反应；然而，这样激烈的反应必然会破坏碳纤维毡的结构，使毡的机械性能降低或破坏石墨化层，也会使碳纤维毡的导电性能降低。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本专利技术的目的之一在于提供一种电化学活性良好且导电性能优良的全钒液流电池复合电极。为了实现上述目的，本专利技术的一方面提供了一种全钒液流电池复合电极的制备方法，包括以下步骤：将碳纤维毡浸入吡咯-丙酮混合液，得到吡咯处理后的碳纤维毡，所述吡咯与丙酮的体积比为1:1～4:1；将碳纳米管放入蒸馏水中，进行分散处理，得到碳纳米管液；在超声振荡条件下，将吡咯处理后的碳纤维毡浸入碳纳米管液中，滴加双氧水至反应结束，烘干，得到全钒液流电池复合电极。本专利技术的另一方面提供了一种全钒液流电池复合电极，所述全钒液流电池复合电极包括碳纤维毡基体以及结合在碳纤维毡基体表面的碳纳米管，所述碳纳米管占所述碳纤维毡质量的3％～10％，所述碳纳米管为含碳氧双键和/或碳氧单键的碳纳米管。根据本专利技术示例性实施例的全钒液流电池复合电极，所述碳纤维毡与碳纳米管的中间连接体可以为吡咯。与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：能够在碳纤维毡上接枝可控含量的含碳氧单键或碳氧双键的碳纳米管；而且在引入活性基团的同时，不会破坏碳纤维毡原本性能；能够控制引入活性基团的含量和种类，使碳纤维毡的性能得以改善；具有能耗低、反应温和、易操作和可工业化生产等优点。具体实施方式在下文中，将结合示例性实施例详细地描述根据本专利技术的全钒液流电池复合电极及其制备方法。在本专利技术中，使用在碳纤维毡上接枝含碳氧单键或碳氧双键官能团的碳纳米管的方法来提高碳纤维毡的电化学活性和亲水性。具体来讲，碳氧单键或碳氧双键是影响碳纤维毡电化学活性及亲水性的主要基团。在碳纤维毡上形成可控含量的含碳氧单键或碳氧双键的碳纳米管，在引入活性基团的同时，不会破坏碳纤维毡原本的性能，并且由于碳纳米管的引入，增强了复合电极的导电性和比表面积，更有利于电池充放电反应的进行。在本专利技术的一个示例性实施例中，全钒液流电池复合电极的制备方法包括以下步骤：1)碳纤维毡的清洁预处理对碳纤维毡进行清洁预处理的目的在于除去碳纤维毡表面杂质。例如，可使用超声清洗的方式对碳纤维毡进行清洁处理。然而，本专利技术不限于此，其它能够去除碳纤维毡表面杂质的清洗方式亦可。优选的，将碳纤维毡用蒸馏水超声清洗15分钟～30分钟，清洗完成后，放入烘箱中烘干，得到预处理后的碳纤维毡。2)吡咯的引入将预处理后的碳纤维毡完全浸入吡咯与丙酮体积为1:1～1:4的混合溶液中，然后将碳纤维毡取出，在温室下放置4小时～8小时。3)碳纳米管的分散称取占碳纤维毡质量3％～10％的碳纳米管，然后将碳纳米管加入体积为所处理碳纤维毡体积3～5倍的蒸馏水中超声处理15～30分钟，得到碳纳米管液；4)碳纳米管的接枝在超声的同时，将吡咯处理后的碳纤维毡浸入碳纳米管液中，滴加浓度大于30％，体积为吡咯-丙酮混合液体积3％～6％的双氧水，滴加完毕后，在超声的同时反应15～30分钟，然后取出碳纤维毡，用蒸馏水洗涤3～5遍，烘干。在本专利技术的另一个示例性实施例中，全钒液流电池复合电极包括碳纤维毡基体以及结合在碳纤维毡基体表面的碳纳米管，所述碳纳米管占所述碳纤维毡质量的3％～10％，所述碳纳米管为含碳氧双键和/或碳氧单键的碳纳米管。在本示例性实施例中，所述碳纤维毡与碳纳米管的中间连接体为吡咯。下面将结合具体示例来进一步描述本专利技术的示例性实施例。实施例1将清洁处理后的2cm×2cm×0.1cm的10g碳纤维毡完全浸入40ml吡咯与10ml丙酮的混合液中，取出后在常温下放置7小时。配置5g碳纳米管与20ml蒸馏水的混合液，然后经过超声波处理30分钟得到碳纳米管液。将经吡咯处理后的碳纤维毡浸入碳纳米管液中，然后滴加5ml，质量浓度为30％的双氧水，继续超声30分钟后取出碳纤维毡，用蒸馏水洗涤4次后烘干。将得到的碳纤维毡组装成单电池，相较用未处理的碳纤维毡组装的电池，其库伦效率提高12.1％，能量效率提高9.8％。实施例2将清洁处理后的10g碳纤维毡完全浸入60ml吡咯与20ml丙酮的混合液中，取出后在常温下放置6小时。配置0.8g碳纳米管与20ml蒸馏水的混合液，然后经过超声波处理25分钟得到碳纳米管液。将经吡咯处理后的碳纤维毡浸入碳纳米管液中，然后滴加10ml，浓度为75％的双氧水，继续超声30分钟后取出碳纤维毡，用蒸馏水洗涤4次后烘干。将得到的碳纤维毡组装成单电池，相较用未处理的碳纤维毡组装的电池，其库伦效率提高13.4％，能量效率提高11.5％。实施例3将清洁处理后的5g碳纤维毡完全浸入30ml吡咯与30ml丙酮的混合液中，取出后在常温下放置5小时。配置0.5g碳纳米管与20ml蒸馏水的混合液，然后经过超声波处理20分钟得到碳纳米管液。将经吡咯处理后的碳纤维毡浸入碳纳米管液中，然后滴加10ml，浓度为50％的双氧水，继续超声20分钟后取出碳纤维毡，用蒸馏水洗涤4次后烘干。将得到的碳纤维毡组装成单电池，相较用未处理的碳纤维毡组装的电池，其库伦效率提高10.4％，能量效率提高8.8％。综上所述，本专利技术的处理碳纤维毡的方法相较于氧化法处理碳纤维毡而言，具有能耗低、反应温和、易操作和适于工业生产等优点。同时，与热氧化处理、湿热法处理、浓酸处理等处理方法将碳纤维毡上的碳纤维石墨化时未完全反应的部分进行强氧化反应相比，本专利技术方法引入碳氧基团的同时，不会破坏碳纤维毡本身的结构和石墨化层，不会降低碳纤维毡的机械性能。尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本专利技术，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本专利技术的示例性实施例进行各种修改和改变。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全钒液流电池复合电极的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将碳纤维毡浸入吡咯‑丙酮混合液，得到吡咯处理后的碳纤维毡，所述吡咯与丙酮的体积比为1:1～4:1；将碳纳米管放入蒸馏水中，进行分散处理，得到碳纳米管液；在超声振荡条件下，将吡咯处理后的碳纤维毡浸入碳纳米管液中，滴加双氧水至反应结束，烘干，得到全钒液流电池复合电极。

【技术特征摘要】
1.一种全钒液流电池复合电极的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将碳纤维毡浸入吡咯-丙酮混合液，得到吡咯处理后的碳纤维毡，所述吡咯与丙酮的体积比为1:1～4:1；将碳纳米管放入蒸馏水中，进行分散处理，得到碳纳米管液；在超声振荡条件下，将吡咯处理后的碳纤维毡浸入碳纳米管液中，滴加双氧水至反应结束，烘干，得到全钒液流电池复合电极。2.根据权利要求1所述的全钒液流电池复合电极的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括在碳纤维毡浸入吡咯-丙酮混合液之前，对碳纤维毡进行清洁预处理，以除去碳纤维毡表面杂质。3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：李道玉，彭穗，韩慧果，曹敏，龙秀丽，刘波，陈勇，陈婷，
申请(专利权)人：攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51