用于制备用于氧化还原液流电池的电极的浆料组合物，以及用于制备用于氧化还原液流电池的电极的方法技术

本发明专利技术涉及用于制备用于氧化还原液流电池的电极的浆料组合物，该组合物包括碳化合物粉末、包括被一个或多个阴离子交换官能团取代的预定聚合物的粘合剂树脂以及疏水性有机溶剂；通过使用该浆料组合物制备用于氧化还原液流电池的电极的方法；碳基电极，该碳基电极包括用于制备用于氧化还原液流电池的电极的浆料组合物的干燥产物；以及包括该碳基电极的氧化还原液流电池。

Slurry composition for preparing electrodes for redox flow battery and method for preparing electrodes for redox flow battery

The present invention relates to a slurry composition for preparing electrodes for redox flow batteries, comprising a carbon powder, an adhesive resin comprising a predetermined polymer replaced by one or more anion exchange functional groups, and a hydrophobic organic solvent; a method for preparing electrodes for redox flow batteries by using the slurry composition; and a carbon-based electrode. The carbon-based electrode comprises a drying product for preparing a slurry composition for the electrode of the redox flow battery, and an redox flow battery comprising the carbon-based electrode.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制备用于氧化还原液流电池的电极的浆料组合物，以及用于制备用于氧化还原液流电池的电极的方法
本专利技术涉及用于制备用于氧化还原液流电池的电极的浆料组合物和用于制备用于氧化还原液流电池的电极的方法。更具体地，本专利技术涉及用于制备用于氧化还原液流电池的电极的浆料组合物以及使用该浆料组合物制备用于氧化还原液流电池的电极的方法，该浆料组合物能够通过防止在长期驱动期间电池性能的劣化来增加电池的寿命，并且能够提供具有均匀厚度和物理性质的电极。
技术介绍
现有的发电系统，比如通过使用化石燃料排放大量温室气体和环境污染物的热力发电，以及涉及其稳定性问题和危险废物处理的核电厂，已经出现了各种注定的转换点。响应于此，研究工作已经显著增加以开发环境友好的、更高效的能源和使用该能源的供电系统。特别地，电力存储技术一直是研究和开发活动的重点，其用于扩大可再生能源的可用性，抵抗其对外部条件的显著敏感性，以及用于提高电力利用效率，其中二次电池受到更多的强烈的关注并且它们的研究和开发工作在积极进行。氧化还原液流电池是指能够将活性物质的化学能直接转化为电能的氧化/还原电池，并且是能够保存具有高输出波动(取决于比如阳光、风力的外部环境)的可再生能量并将其转化为高品质的电力的能量存储系统。具体地，在氧化还原液流电池中，含有引起氧化/还原反应的活性物质的电解液在对电极和贮槽之间循环以进行充电和放电。这种氧化还原液流电池通常包括用于储存处于不同氧化态的活性物质的槽、用于在充电/放电期间循环活性物质的泵，以及由隔膜分隔的单元电池，其中该单元电池包括电极、电解质和隔膜。目前，作为对化学液流电池的电池性能具有最大影响的部件之一的电极通过将具有大反应面积的碳化合物涂布到导电塑料片上以便最大化氧化还原反应的方法制备。然而，在将粘合剂涂布在预定片上并涂布碳化合物粉末的方法中，在一些情况下碳化合物粉末可能不会均匀涂布。进行热压结合工艺以固定碳化合物粉末可能导致最终产品的产率降低，并且存在以下限制：热压结合的碳化合物粉末可能在以后剥离并且因此电池的性能可能会劣化。另外，为了更均匀地施加碳化合物粉末，已经使用了喷涂法、辊压法、刷涂法等。然而，存在以下的缺点：难以将碳化合物粉末施加于批量生产电极的过程中，所施加的碳化合物粉末的量发生变化会展现出在电池之间的性能偏差，并且通过应用上述方法制备的电池还显示了碳化合物粉末从电极层剥离的现象，由此电池的性能劣化。因此，需要开发一种即使在长期驱动期间也能够通过使碳的剥离现象最小化而能够增加电池寿命，并且还能够制备具有均匀厚度和物理性质的电极层的方法。
技术实现思路
【技术问题】本专利技术的一个目的是提供一种用于制备用于氧化还原液流电池的电极的浆料组合物，该浆料组合物能够通过防止即使在长期驱动期间电池性能的劣化来增加电池的寿命，并且能够提供具有均匀的厚度和物理性质的电极。本专利技术的另一个目的是提供一种使用上述浆料组合物制备用于氧化还原液流电池的电极的方法。本专利技术的又一个目的是提供一种氧化还原液流电池，其包括使用上述浆料组合物制备的碳基电极。【技术方案】为了实现上述目的，本专利技术提供一种用于制备用于氧化还原液流电池的电极的浆料组合物，包括：具有导电性的碳化合物粉末和具有3nm至4nm的平均孔径的有序介孔碳；粘合剂树脂，该粘合剂树脂包括一种或多种选自由以下组成的组中的被一个或多个阴离子交换基团取代的聚合物：全氟类聚合物、苯并咪唑类聚合物、聚酰亚胺类聚合物、聚醚酰亚胺类聚合物、聚苯硫醚类聚合物、聚砜类聚合物、聚醚酮类聚合物、聚醚砜类聚合物、聚醚酮类聚合物、聚醚醚酮类聚合物和聚四喹喔啉类(polyterylquinoxaline-based)聚合物；以及疏水性有机溶剂。本专利技术还提供一种用于制备用于氧化还原液流电池的电极的方法，该方法包括将上述浆料组合物涂布到基板上。另外，本专利技术提供一种氧化还原液流电池，该氧化还原液流电池包括使用上述浆料组合物制造的碳基电极。在下文中，将详细描述根据本专利技术具体实施方式的用于制备用于氧化还原液流电池的电极的浆料组合物，用于制备用于氧化还原液流电池的电极的方法和氧化还原液流电池。根据本专利技术的一个实施方式，可以提供用于制备用于氧化还原液流电池的电极的浆料组合物，包括：具有导电性的碳化合物粉末和具有3nm至4nm的平均孔径的有序介孔碳；粘合剂树脂，该粘合剂树脂包括一种或多种选自由以下组成的组中的被一个或多个阴离子交换基团取代的聚合物：全氟类聚合物、苯并咪唑类聚合物、聚酰亚胺类聚合物、聚醚酰亚胺类聚合物、聚苯硫醚类聚合物、聚砜类聚合物、聚醚酮类聚合物、聚醚砜类聚合物、聚醚酮类聚合物、聚醚醚酮类聚合物和聚四喹喔啉类聚合物；以及疏水性有机溶剂。本专利技术人通过实验发现，可以通过将浆料组合物涂布到预定基板上来制备用于氧化还原液流电池的电极，该浆料组合物包括含有被一个或多个阴离子交换官能团取代的预定聚合物的粘合剂树脂、碳化合物粉末以及疏水性有机溶剂，并且不仅所制备的电极在整个区域内可以具有均匀的厚度和物理性质，而且当应用于大规模生产过程时，每个最终产品可以具有均匀的性能并且进一步使用具有特定组成的浆料组合物制备，因此即使在长期驱动期间，通过最小化碳化合物等从电极层剥离的现象，可以增加电池的寿命。基于这样的发现完成了本专利技术。用于氧化还原液流电池的电解液由锌离子和溴离子构成。在充电期间，锌离子被还原成固体锌并镀在电极表面上，并且溴离子变成溴(Br2)。此时，由于其在电解液中的低溶解度，所产生的溴容易蒸发，并且液体溴移动到阳极侧并与锌板反应以引起自放电。为了解决这些问题，将比如1-乙基-1-甲基溴化吡咯烷(缩写为MEP-Br)的络合物添加到电解液中以与溴形成络合化合物，从而增加库仑效率。然而，这些络合物增加了电解液的粘度而降低流动性，从而降低了电压效率。本专利技术人通过将含有被一个或多个阴离子交换官能团取代的预定聚合物的粘合剂树脂与碳化合物粉末混合以制备碳浆料，然后将碳浆料涂布到石墨集电器上，制备了具有均匀和改善性能的电极。含有被一个或多个阴离子交换官能团取代的预定聚合物的粘合剂树脂中所含的阴离子交换官能团(+)增强了电极表面的亲水性，并通过与电解液中溴离子(-)的吸引力允许快速电子转移来提高电压效率，并且粘合剂本身的阴离子交换功能可以起到络合物的作用以与溴形成络合物，从而提高库仑效率。阴离子交换官能团可含有一个或多个选自由以下组成的组中的官能团：铵、鏻和锍。由于存在这样的阴离子交换基团，由上述实施方式的用于制备氧化还原液流电池的电极的浆料组合物制备的电极表面的亲水性增加，并且在电池的电解液中溴离子与阴离子交换官能团之间的相互作用加速电解液中电子的运动，以降低电解液与电极界面之间的电阻，从而提高电压效率。例如，铵、鏻和锍中的每个可以被1至4个具有1至10个碳原子的烷基取代，并且更具体地，它可以衍生自三(C1至C10烷基)铵、四(C1至C10烷基)鏻或三(C1至C10烷基)锍。更具体地，阴离子交换官能团可以是选自由以下组成的组中的任何一种：衍生自以下化学式1至14的化合物的官能团和由以下化学式16至18表示的官能团。[化学式1][化学式2][化学式3][化学式4][化学式5][化学式6][化学式7][化学式8][化学式9][化学式10]本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制备用于氧化还原液流电池的电极的浆料组合物，包括：具有导电性的碳化合物粉末和具有3nm至4nm的平均孔径的有序介孔碳；粘合剂树脂，所述粘合剂树脂包括一种或多种选自由以下组成的组中的被一个或多个阴离子交换基团取代的聚合物：全氟类聚合物、苯并咪唑类聚合物、聚酰亚胺类聚合物、聚醚酰亚胺类聚合物、聚苯硫醚类聚合物、聚砜类聚合物、聚醚酮类聚合物、聚醚砜类聚合物、聚醚酮类聚合物、聚醚醚酮类聚合物和聚四喹喔啉类聚合物；以及疏水性有机溶剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.09 KR 10-2016-01165671.一种用于制备用于氧化还原液流电池的电极的浆料组合物，包括：具有导电性的碳化合物粉末和具有3nm至4nm的平均孔径的有序介孔碳；粘合剂树脂，所述粘合剂树脂包括一种或多种选自由以下组成的组中的被一个或多个阴离子交换基团取代的聚合物：全氟类聚合物、苯并咪唑类聚合物、聚酰亚胺类聚合物、聚醚酰亚胺类聚合物、聚苯硫醚类聚合物、聚砜类聚合物、聚醚酮类聚合物、聚醚砜类聚合物、聚醚酮类聚合物、聚醚醚酮类聚合物和聚四喹喔啉类聚合物；以及疏水性有机溶剂。2.根据权利要求1所述的用于制备用于氧化还原液流电池的电极的浆料组合物，其中所述阴离子交换官能团含有一种或多种选自由铵、鏻和锍组成的组中的官能团。3.根据权利要求1所述的用于制备用于氧化还原液流电池的电极的浆料组合物，其中所述粘合剂树脂的重均分子量为10,000至300,000。4.根据权利要求1所述的用于制备用于氧化还原液流电池的电极的浆料组合物，其中所述阴离子交换官能团为选自由以下组成的组中的任一种：衍生自以下化学式1至14的化合物的官能团和由以下化学式16至18表示的官能团：[化学式1][化学式2][化学式3][化学式4][化学式5][化学式6][化学式7][化学式8][化学式9][化学式10][化学式11][化学式12][化学式13][化学式14][化学式16]在化学式16中，*为连接点，R2、R3、R4和R5各自为H、...

【专利技术属性】
技术研发人员：裵秀娟，崔殷美，金大植，郑玟锡，
申请(专利权)人：乐天化学株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR