钙钛矿修饰的碳素电极的应用以及有机水相液流电池制造技术

本发明专利技术公开了一种钙钛矿修饰的碳素电极的应用以及有机水相液流电池，能够将钙钛矿修饰的碳素电极应用于液流电池。经过钙钛矿修饰后的碳素电极具有较好的亲水性、导电性和电荷传递速率，将钙钛矿修饰的碳素电极组装在液流电池里面能够提高液流电池的能量效率。

Application of perovskite modified carbon electrode and organic aqueous phase liquid flow battery

【技术实现步骤摘要】
钙钛矿修饰的碳素电极的应用以及有机水相液流电池
本专利技术属于液流电池
，具体涉及一种钙钛矿修饰的碳素电极的应用以及具有该钙钛矿修饰的碳素电极的有机水相液流电池。
技术介绍
随着经济的快速发展，伴随而来的环境以及能源短缺等问题日趋严重，促进一些清洁能源如风能、太阳能、潮汐能等大力发展。但是由于这些可再生能源的不连续不稳定性，使其利用受到大量限制，利用率低。因此需要大力发展储能技术，为电网的稳定性提供保障。在各种储能技术中，液流电池储能技术由于具有容量大、安全性高、低成本的优势是大规模储能技术的首选。其中由于钒液流电池由于电解质的有毒性，及强酸强腐蚀性等问题，限制了其广泛应用。近年来，一种有机水相液流电池，由于其电解质具有丰富的选择，中性水相电解液即环保且廉价，被认为是液流电池中最有应用前景的一种。目前对有机水相液流电池的研究大多集中在活性物质的设计合成开发，利用有机物质丰富的选材及可调控性强的优点开发出电化学性能优越的活性物质。然而对于该电池体系中的电极材料则研究的较少。目前文献中报道的采用的电极材料大多是石墨毡，其具有较好的电导性和电化学稳定性高的优点。但其较差的亲水性和电化学活性制约着其进一步发展，特别是在长期使用其电化学活性会逐渐降低，致使电池整体性能下降。因此有必要对碳素电极进行性能修饰，促进其电化学活性，满足大规模储能系统工程应用。并且，现有的钙钛矿与石墨复合物通常用于太阳能电池，鲜少有关于钙钛矿与碳素电极的复合物用于液流电池的研究和报道。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种钙钛矿修饰的碳素电极的应用，该钙钛矿修饰的碳素电极能够用于液流电池，该电极具有较好的亲水性、导电性和电荷传递速度，在用于液流电池时能够提高电池的电压效率和能量效率。本专利技术还提出一种有机水相液流电池，该有机水相液流电池具有较高的能量效率。根据本专利技术第一方面实施例的钙钛矿修饰的碳素电极的应用，将钙钛矿修饰的碳素电极应用于液流电池。根据本专利技术实施例的钙钛矿修饰的碳素电极能够适用于液流电池，可以作为液流电池中的电极，不仅扩展了钙钛矿修饰的碳素电极的应用范围，而且还能够在用于液流电池时有效提高液流电池的整体性能。根据本专利技术一个实施例，所述钙钛矿的分子通式为ABO3型结构，其中A位为稀土或碱土离子，B位为过渡金属离子。根据本专利技术一个实施例，钙钛矿修饰的碳素电极的制备方法包括以下步骤：S1、将碳素基体材料进行预处理后烘干备用；S2、制备修饰钙钛矿前驱体溶液备用；S3、将步骤S1中处理好的碳素材料放入步骤S2中的修饰钙钛矿前驱体溶液中浸泡处理，充分分散后进行水热反应；S4、将经过水热处理后的碳素电极取出，经过高温煅烧后得到钙钛矿修饰的碳素电极。根据本专利技术一个实施例，步骤S1中，将所述碳素基体材料进行清洗并烘干，依次采用去离子水、乙醇及浓度为1％～5％的双氧水进行清洗，并将清洗完毕的所述碳素基体材料放入烘箱，在60℃～80℃的环境下烘干备用。根据本专利技术一个实施例，步骤S2中将钙钛矿前驱体溶解在去离子水中，再加入柠檬酸、乙二醇和模板剂搅拌得到溶液A，步骤S3中将烘干的所述碳素基体材料放入所述溶液A中进行浸泡并充分分散，并把碳素电极和溶液一起倒入水热反应釜进行水热反应。根据本专利技术一个实施例，步骤S2中，所述钙钛矿前驱体的浓度为0.1～2mol/L。根据本专利技术一个实施例，步骤S2中，柠檬酸浓度为0.02～0.5mol/L。根据本专利技术一个实施例，步骤S2中，乙二醇的浓度为0.05～0.8mol/L。根据本专利技术一个实施例，步骤S2中，所述模板剂为嵌段共聚物、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、聚丙烯酸-十六烷基三甲基溴化铵、乙二胺和二乙烯三胺中的一种，所述模板剂的质量百分数为0.5～10％。根据本专利技术一个实施例，步骤S3中，水热反应温度为160℃～240℃，反应时间为8h～48h。根据本专利技术一个实施例，步骤S4中，将经过水热反应后的碳素电极取出、冲洗、烘干后，放入马弗炉中在氮气环境下煅烧，得到经过钙钛矿修饰后的碳素电极。根据本专利技术一个实施例，步骤S4中，将水热反应清洗后的碳素电极放入烘箱中，在60℃～100℃温度下烘干，并将烘干后的碳素电极在400℃～800℃下煅烧2h-6h。根据本专利技术一个实施例，所述碳素基体材料为碳纸、碳布、石墨毡和石墨板中的一种或两种以上的结合体。根据本专利技术一个实施例，所述碳素基体材料的厚度为1mm～20mm。根据本专利技术第二方面实施例的有机水相液流电池，包括：电解液槽体，所述电解液槽体内充入电解液；两个极板，两个所述极板相对设置，两个所述极板中的一个或两个为钙钛矿修饰的碳素电极；电池隔膜，所述电池隔膜位于所述电解液槽体内且将所述电解液槽体分隔为与一所述电解液储液库连通的阳极区和与另一所述电解液储液库连通的阴极区，一所述极板设于所述阳极区，另一所述极板设于所述阴极区，所述阳极区内具有包括正极活性物质的正极电解液，所述阴极区内具有包括负极活性物质的负极电解液，所述电池隔膜能够阻止所述正极活性物质和所述负极活性物质穿透，所述正极活性物质和/或所述负极活性物质为有机活性分子。根据本专利技术一个实施例，所述负极活性物质为紫精类衍生物，所述正极活性物质为哌啶氮氧化物。根据本专利技术一个实施例，所述有机活性分子的浓度为0.01mol/L～4mol/L。根据本专利技术一个实施例，所述有机活性分子包括对其进行氨基官能团、羟基官能团、羰基官能团或者磺酸基官能团水溶性修饰的衍生物。根据本专利技术一个实施例，所述电解液包括支持电解质，所述电池隔膜能够供所述支持电解质穿透。根据本专利技术一个实施例，所述支持电解质为单组份中性盐水溶液或混合中性盐水溶液。根据本专利技术一个实施例，所述支持电解质为NaCl盐溶液、KCl盐溶液、Na2SO4盐溶液、K2SO4盐溶液、MgCl2盐溶液、MgSO4盐溶液、CaCl2盐溶液、CaSO4盐溶液、BaCl2盐溶液、BaSO4盐溶液中的至少一种。根据本专利技术一个实施例，所述的有机水相液流电池还包括：循环管路，所述循环管路将一所述电解液储液库内的电解液输入或输出所述阳极区，所述循环管路将另一所述电解液储液库内的电解液输入或输出所述阴极区；循环泵，所述循环泵设于所述循环管路，通过所述循环泵使所述电解液循环流动供给。根据本专利技术一个实施例，所述电池隔膜为阴离子交换膜、阳离子交换膜、选择性渗透膜、阴阳离子复合交换膜、透析膜或多孔膜中的一种。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本专利技术的实施例的钙钛矿修饰的碳素电极的制备方法的流程图；图2是根据本专利技术的实施例1的OH-TEMPO在不同电极下的循环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钙钛矿修饰的碳素电极的应用，其特征在于，将钙钛矿修饰的碳素电极应用于液流电池。/n

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿修饰的碳素电极的应用，其特征在于，将钙钛矿修饰的碳素电极应用于液流电池。


2.根据权利要求1所述的钙钛矿修饰的碳素电极的应用，其特征在于，所述钙钛矿的分子通式为ABO3型结构，其中A位为稀土或碱土离子，B位为过渡金属离子。


3.根据权利要求1所述的钙钛矿修饰的碳素电极的应用，其特征在于，钙钛矿修饰的碳素电极的制备方法包括以下步骤：
S1、将碳素基体材料进行预处理后烘干备用；
S2、制备修饰钙钛矿前驱体溶液备用；
S3、将步骤S1中处理好的碳素材料放入步骤S2中的修饰钙钛矿前驱体溶液中浸泡处理，充分分散后进行水热反应；
S4、将经过水热处理后的碳素电极取出，经过高温煅烧后得到钙钛矿修饰的碳素电极。


4.根据权利要求3所述的钙钛矿修饰的碳素电极的应用，其特征在于，步骤S1中，将所述碳素基体材料进行清洗并烘干，依次采用去离子水、乙醇及浓度为1％～5％的双氧水进行清洗，并将清洗完毕的所述碳素基体材料放入烘箱，在60℃～80℃的环境下烘干备用。


5.根据权利要求3所述的钙钛矿修饰的碳素电极的应用，其特征在于，步骤S2中将钙钛矿前驱体溶解在去离子水中，再加入柠檬酸、乙二醇和模板剂搅拌得到溶液A，步骤S3中将烘干的所述碳素基体材料放入所述溶液A中进行浸泡并充分分散，并把碳素电极和溶液一起倒入水热反应釜进行水热反应。


6.根据权利要求5所述的钙钛矿修饰的碳素电极的应用，其特征在于，步骤S2中，所述钙钛矿前驱体的浓度为0.1～2mol/L。


7.根据权利要求5所述的钙钛矿修饰的碳素电极的应用，其特征在于，步骤S2中，柠檬酸浓度为0.02～0.5mol/L。


8.根据权利要求5所述的钙钛矿修饰的碳素电极的应用，其特征在于，步骤S2中，乙二醇的浓度为0.05～0.8mol/L。


9.根据权利要求5所述的钙钛矿修饰的碳素电极的应用，其特征在于，步骤S2中，所述模板剂为嵌段共聚物、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、聚丙烯酸-十六烷基三甲基溴化铵、乙二胺和二乙烯三胺中的一种，所述模板剂的质量百分数为0.5～10％。


10.根据权利要求3或5所述的钙钛矿修饰的碳素电极的应用，其特征在于，步骤S3中，水热反应温度为160℃～240℃，反应时间为8h～48h。


11.根据权利要求3所述的钙钛矿修饰的碳素电极的应用，其特征在于，步骤S4中，将经过水热反应后的碳素电极取出、冲洗、烘干后，放入马弗炉中在氮气环境下煅烧，得到经过钙钛矿修饰后的碳素电极。


12.根据权利要求3或11所述的钙钛矿修饰的碳素电极的应用，其特征在于，步骤S4中，将水热反应清洗后的碳素电极放入烘箱中，在60℃～100℃温度下烘干，并将烘干后的碳素...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈留平，王慧，李丹，徐俊辉，马旭强，
申请(专利权)人：中盐金坛盐化有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32