锌溴液流电池用功能活性炭及其涂层型电极板制法及产品制造技术

本发明专利技术提供一种锌溴液流电池用功能活性炭及其涂层型电极板制备方法，步骤如下：S1粉体前处理；S2高温石墨化处理；S3混合均化处理；S4模压成片，还公开了其产品。本发明专利技术锌溴液流电池用功能活性炭及其涂层型电极板的制法工艺简单、易控制，处理的功能性涂层通过复合高导电率的碳纳米管或碳纳米纤维，有效的实现了活性炭层微观结构搭接优化，可以实现电化学反应电子的优良传导，大大增加反应面活性；采取本发明专利技术方案制备的功能活性炭涂层型双极板的表面涂层活化水平高于未处理的活性炭涂层，样品电堆测试结果表明，功能活性炭涂层型双极板装配的电堆在同等恒流充电条件下，普遍表现出更高的电压效率，说明电极表面活性有明显提升。升。升。

【技术实现步骤摘要】
锌溴液流电池用功能活性炭及其涂层型电极板制法及产品


[0001]本专利技术涉及新能源领域及电极制造
，尤其涉及一种锌溴液流电池用功能活性炭及其涂层型电极板制备方法及产品。

技术介绍

[0002]液流储能电池是一种低成本、高效率、环境友好型的液流储能电池，具有能量密度和电流效率高、装置简单易操纵、使用寿命长、成本低廉等优点。目前主流的液流电池主要有全钒液流电池、锌溴液流电池、铁铬液流电池等，主要应用于电网调峰、风能和太阳能等可再生能源发电、电动汽车等领域。
[0003]不同的研究者采用了多种方式进行正极活性涂层的制备，包括采用碳毡，活性炭纤维布，碳纸，活性炭等材料，与碳纸或碳布相比，采用活性炭制备的表面涂层其价格更低，结合力强，具有较强的反应活性。但活性炭产品本身的电容性强于电导性，相对于其他类型的活性层材料来说，电传导性能不足，同时活性炭层的性能也受到自身微孔结构及颗粒度影响，颗粒度细会导致符合碳层的表面细腻，电解液侵入深度不好，限制活化面积。颗粒度粗虽然可以提供更大侵入深度及反应面积，但容易影响表面电流传导，影响内阻表现，具体缺点如下：
[0004]其一，采用石墨毡，碳纸，碳纤维布等纤维基体型导电碳材料作为正极活性层时，其导电效果优秀，但其活化比表面积相对较低，活性层纤维结构的稳固性不强，在长时间电池运行中会产生破损或脱落，同时材质软，与双极板的复合难度较大，自身成本相对较高。
[0005]其二，采用电容活性炭层，采用活性炭制备的表面涂层其价格更低，结合力强，具有较强的反应活性。但活性炭产品本身的电容性强于电导性，相对于其他类型的活性层材料来说，电传导性能不足，同时活性炭层的性能也受到自身微孔结构及颗粒度影响，颗粒度细会导致符合碳层的表面细腻，电解液侵入深度不好，限制活化面积。颗粒度粗虽然可以提供更大侵入深度及反应面积，但容易影响表面电流传导，影响内阻表现。

技术实现思路

[0006]为解决上述问题，本专利技术提供一种锌溴液流电池用功能活性炭及其涂层型电极板的制备方法及其产品，所述锌溴液流电池用功能活性炭及其涂层型电极板的制备方法工艺简单、易控制，制得同时具备较好活性面积及更高电传导性的复合功能型双极板，大大提高溴侧反应活性，提高锌溴液流电池的充放电效率。
[0007]为达到以上目的，本专利技术技术方案如下：
[0008]一种锌溴液流电池用功能活性炭及其涂层型电极板制备方法，步骤如下：
[0009]S1粉体前处理
[0010]S1.1按质量份数计，取电容活性炭88％
‑
100％，碳纳米管/碳纳米纤维0
‑
12％；
[0011]S1.2制备胶溶液：
[0012]将胶原料溶于二甲基甲酰胺溶液，搅拌溶解至均匀，得胶溶液；
[0013]S1.3电容活性炭浸胶：
[0014]取S1质量份数电容活性炭，分次加入S2所得胶溶液，至溶液添加最终量为电容活性炭和碳纳米管/碳纳米纤维混配粉体质量的40％，同时最终胶原料固含量2％，胶溶液添加完成后，继续搅拌10min，得电容活性炭浸胶粉体；
[0015]S1.4碳纳米管/碳纳米纤维粘附：
[0016]向S1.3所得电容活性炭浸胶粉体加入S1.1质量份数碳纳米管/碳纳米纤维，转速100转/min搅拌20min，得碳纳米管/碳纳米纤维在电容活性炭表面的粘附物；
[0017]S1.5干燥粘附物：
[0018]将S1.4所得粘附物干燥，得预处理活性炭粉体；
[0019]S2高温石墨化处理：
[0020]将S1.5所得预处理活性炭粉体高温石墨化处理，处理完成后降至室温；
[0021]S3混合均化处理：
[0022]将S2所得石墨化处理之后的粉体进行低速500转/min搅拌10min，得功能活性炭；
[0023]S4模压成片：
[0024]导电PE或PP极板单面表面打磨、涂胶；将S3所得功能活性炭用60目筛网均匀筛到极板涂胶面，挂满后清理掉浮炭；在功能活性炭层表面覆盖2mm厚度硅胶垫，进行模压熔接；热压成型后，出模，揭除2mm厚度硅胶垫，即得功能活性炭涂层型电极板，裁切备用。
[0025]前述锌溴液流电池用功能活性炭及其涂层型电极板制备方法，S1.1中所述电容活性炭粒径60～120目；碘吸附值≥1500mg/g；比表面积≥1500m2/g；所述碳纳米管/碳纳米纤维的管径/纤维直径30～80nm；长径比：800～1500；宏观堆密度0.05～0.3g/cm3；比表面积≥300m2/g。
[0026]前述锌溴液流电池用功能活性炭及其涂层型电极板制备方法，S1.2中胶原料为聚丙烯腈、聚己二酰己二胺或聚己内酰胺中的一种。
[0027]前述锌溴液流电池用功能活性炭及其涂层型电极板制备方法，S1.2中按质量份数计，所述胶原料占溶液质量比含量5％。
[0028]前述锌溴液流电池用功能活性炭及其涂层型电极板制备方法，S1.3中单次加入量为电容活性炭和碳纳米管/碳纳米纤维混配粉体总质量的10％；所述搅拌为4000～8000转/min搅拌5min。
[0029]前述锌溴液流电池用功能活性炭及其涂层型电极板制备方法，S1.5中，所述干燥温度≥90℃，干燥时间≥30min。
[0030]前述锌溴液流电池用功能活性炭及其涂层型电极板制备方法，S2所述高温石墨化处理参数：设备真空度≤10
‑3MPa；升/降温速度5～10℃/min，维持温度2000℃～2100℃，温度维持时间1.5～2.5h。
[0031]前述锌溴液流电池用功能活性炭及其涂层型电极板制备方法，S4所述模压温度100～150℃，热压时间120s，热压压力50～100kg/cmcm2，冷却时间120s。
[0032]如前述任一项制备方法制得的锌溴液流电池用功能活性炭。
[0033]如前述任一项制备方法制得的锌溴液流电池用功能活性炭涂层型电极板。
[0034]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0035]本专利技术提供一种锌溴液流电池用功能活性炭及其涂层型电极板的制备方法及其
产品，通过物理搅拌及高温处理工艺，制备搭载碳纳米纤维/碳纳米管的电容活性炭粉体材料。以聚丙烯腈(PAN)、聚己二酰己二胺(尼龙66)、聚己内酰胺(尼龙6)溶液作为粘结剂，将碳纳米管/碳纳米纤维粘附于电容活性炭表面，然后进行石墨化处理，过程中高分子树脂真空高温石墨化形成纯碳链导电结构，起到连接碳纳米管与活性炭作用，形成带有纳米纤维绒毛的活性炭粉体。高分子树脂纤维是用于经真空高温处理生产碳纤维的原料，其作为粘结剂时，经真空高温处理后形成类似碳纤维架构，有效实现碳纳米管/碳纳米纤维与活性炭本体的直接连接，该活性炭层可以大大提高溴侧反应活性，提高锌溴液流电池的充放电效率，最终制得同时具备较好活性面积及更高电传导性的复合功能型双极板。
附图说明
[0036]图1为锌溴液流电池单电池工作原理示意图；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锌溴液流电池用功能活性炭及其涂层型双极板制备方法，其特征在于，步骤如下：S1粉体前处理S1.1按质量份数计，取电容活性炭88％
‑
100％，碳纳米管/碳纳米纤维0
‑
12％；S1.2制备胶溶液：将胶原料溶于二甲基甲酰胺溶液，搅拌溶解至均匀，得胶溶液；S1.3电容活性炭浸胶：取S1质量份数电容活性炭，分次加入S2所得胶溶液，至溶液添加最终量为电容活性炭和碳纳米管/碳纳米纤维混配粉体质量的40％，同时最终胶原料固含量2％，胶溶液添加完成后，继续搅拌10min，得电容活性炭浸胶粉体；S1.4碳纳米管/碳纳米纤维粘附：向S1.3所得电容活性炭浸胶粉体加入S1.1质量份数碳纳米管/碳纳米纤维，转速100转/min搅拌20min，得碳纳米管/碳纳米纤维在电容活性炭表面的粘附物；S1.5干燥粘附物：将S1.4所得粘附物干燥，得预处理活性炭粉体；S2高温石墨化处理：将S1.5所得预处理活性炭粉体高温石墨化处理，处理完成后降至室温；S3混合均化处理：将S2所得石墨化处理之后的粉体进行低速500转/min搅拌10min，得功能活性炭；S4模压成片：导电PE或PP极板单面表面打磨、涂胶；将S3所得功能活性炭用60目筛网均匀筛到极板涂胶面，挂满后清理掉浮炭；在功能活性炭层表面覆盖2mm厚度硅胶垫，进行模压熔接；热压成型后，出模，揭除2mm厚度硅胶垫，即得功能活性炭涂层型电极板，裁切备用。2.根据权利要求1所述锌溴液流电池用功能活性炭及其涂层型电极板制备方法，其特征在于：S1.1中所述电容活性炭粒径60～120目；碘吸附值≥1500mg/g；比表面积≥1500m2/g；所述碳纳米管/碳纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟琳，任忠山，李森森，刘学军，陆克，
申请(专利权)人：青海百能汇通新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：