一种全钒液流电池电极材料的制备方法技术

本发明专利技术属于液流电池电极制备技术领域，公开了一种全钒液流电池电极材料的制备方法。包括碳毡亲水处理、碳毡浸泡缓冲溶液处理、碳毡碳化处理，本发明专利技术单宁酸

【技术实现步骤摘要】
一种全钒液流电池电极材料的制备方法


[0001]本专利技术属于液流电池电极制备
，具体涉及一种全钒液流电池电极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]在全钒液流电池中，电极主要提供氧化还原反应的活性位点，除此之外，还必须要有优良的导电性和电化性稳定性。由于聚丙烯腈基碳毡的导电性优于粘胶基碳毡，目前全钒液流电池中使用的电极材料主要是聚丙烯腈基的碳毡、石墨毡、碳布、碳纸等材料，其中石墨毡、碳毡由于其高孔隙率应用最为广泛。为了提高电极材料的电化学活性和改善疏水性，提出的活化方案：专利CN113809338A通过石墨烯掺杂及多巴胺改性，在一定程度上提高石墨毡的比表面积和表面能，提高电极材料的亲水性和电化学活性。专利CN106450351A通过气相沉积阶段引入的碳纳米管呈现有序排列，可以将碳纳米管上引入的官能团最大化的呈现出来，但是多巴胺、碳纳米管、石墨烯等价格昂贵，制备工艺复杂并不适合工业化生产。因此开发一种原料价格低廉，工艺简单，涂层均匀稳定的电极是该领域研究人员的研究方向。

技术实现思路

[0003]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种全钒液流电池的电极材料的制备方法，使用单宁酸
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聚乙烯亚胺改性电极材料，具有优良的电化学活性，增加了电池容量，提高了电池的效率。
[0004]本专利技术的上述目的是通过以下技术方案实现的：一种全钒液流电池的电极材料的制备方法，具体步骤如下：
[0005]1.碳毡亲水处理：将碳毡悬挂于马弗炉中，在空气氛围、温度300～600℃下热处理3h；
[0006]2.配置pH值为8.5的三羟甲基氨基甲烷
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稀盐酸缓冲溶液，取上述缓冲溶液100mL，将步骤1制备的碳毡浸泡在100mL缓冲溶液中，随之添加0.1～0.2g的单宁酸和0.1～0.2g聚乙烯亚胺共沉积，在25～40℃恒温条件下，空气氛围下中使用磁力搅拌器搅拌6～12h后取出，放入烘箱中70℃下烘干多余水分；
[0007]3.将步骤2处理后的碳毡放入管式炉中，在惰性气体氛围下以5℃/min升温至800～900℃高温碳化处理1.5h，得到单宁酸
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聚乙烯亚胺改性电极材料。
[0008]进一步的，步骤1所述碳毡裁剪为3cm
×
3cm后悬挂于马弗炉中。
[0009]进一步的，步骤3所述惰性气体为氮气或氩气其中一种。
[0010]本专利技术与现有技术相比的有益效果是：
[0011]多巴胺由于常温常压能下能自聚合形成聚多巴胺，具有强粘附性，高温处理后获得碳层，操作简单且高效，是碳纤维表面包覆的研究热点。但多巴胺价格高昂，不适合量产。而单宁酸作为植物多酚类物质，广泛存在于自然界的植物中，价格低廉，且具有与多巴胺有
类似结构，是多巴胺的优良替代品，在工厂生产等需大批量使用环境中具有良好的发展潜力。
[0012]由于聚乙烯亚胺可以与单宁酸交联，通过席夫碱/迈克尔加成反应提供大量氨基，与单宁酸的邻苯二酚、邻苯三酚形成强共价键，加速聚合过程，增加了碳纤维上沉积层的均匀性和稳定性。
[0013]碳纤维表面光滑，疏水性强，活性官能团含量较少，用于液流电池电极材料存在电池容量、效率较低等缺点，而目前很多对碳纤维的改性方法都存在易脱落、均匀性较差等问题。通过单宁酸
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聚乙烯亚胺共沉积，整体工艺简单，操作条件可控，令碳纤维表面的沉积层具有良好的亲水性和黏附性，高温碳化后获得均匀的碳包覆层，具有良好的润湿性，促进了液体的流动，高的比表面积，提高了反应面积。因此单宁酸
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聚乙烯亚胺改性电极材料，具有优良的电化学活性，增加了电池容量，提高了电池的效率。
具体实施方式
[0014]下面通过具体实施例详述本专利技术，但不限制本专利技术的保护范围。如无特殊说明，本专利技术所采用的实验方法均为常规方法，所用实验器材、材料、试剂等均可从商业途径获得。
[0015]实施例1
[0016]首先裁剪3cm
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3cm碳毡，在马弗炉中空气氛围下，500℃热处理3h，制备热处理碳毡；配置三(羟甲基)氨基甲烷
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稀盐酸缓冲溶液，调整pH值为8.5，将制备的预备毡浸泡在100mL的缓冲溶液中，随之将0.1g单宁酸、0.2g聚乙烯亚胺溶解于缓冲溶液中，在常温空气氛围下中使用磁力搅拌器搅拌6h后取出，放入烘箱中70℃下烘干，然后放入管式炉中，氮气氛围条件，以5℃/min升温至800℃高温碳化处理1.5h，得到单宁酸
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聚乙烯亚胺改性电极材料，将得到的碳毡组装单电池，对比未经改性的原毡，在200mA/cm2条件下，能量效率提高6.3％。
[0017]实施例2
[0018]首先裁剪3cm
×
3cm碳毡，在马弗炉中空气氛围下，500℃热处理3h，制备热处理碳毡；配置三(羟甲基)氨基甲烷
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稀盐酸缓冲溶液，调整pH值为8.5，将制备的预备毡浸泡在100mL的缓冲溶液中，随之将0.2g单宁酸、0.1g聚乙烯亚胺溶解于缓冲溶液中，在40℃恒温，空气氛围下中使用磁力搅拌器搅拌8h后取出，放入烘箱中70℃下烘干，然后放入管式炉中，氮气氛围条件，以5℃/min升温至800℃高温碳化处理1.5h，得到单宁酸
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聚乙烯亚胺改性电极材料，将得到的碳毡组装单电池，对比未经改性的原毡，在200mA/cm2条件下，能量效率提高8.5％。
[0019]实施例3
[0020]首先裁剪3cm
×
3cm碳毡，在马弗炉中空气氛围下，500℃热处理3h，制备热处理碳毡；配置三(羟甲基)氨基甲烷
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稀盐酸缓冲溶液，调整pH值为8.5，将制备的预备毡浸泡在100mL的缓冲溶液中，随之将0.2g单宁酸、0.2g聚乙烯亚胺溶解于缓冲溶液中，在40℃恒温，空气氛围下中使用磁力搅拌器搅拌8h后取出，放入烘箱中70℃下烘干，然后放入管式炉中，氮气氛围条件，以5℃/min升温至800℃高温碳化处理1.5h，得到单宁酸
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聚乙烯亚胺改性电极材料，将得到的碳毡组装单电池，对比未经改性的原毡，在200mA/cm2条件下，能量效率提高7.3％。
[0021]实施例4
[0022]首先裁剪3cm
×
3cm碳毡，在马弗炉中空气氛围下，600℃热处理3h，制备热处理碳毡；配置三(羟甲基)氨基甲烷
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稀盐酸缓冲溶液，调整pH值为8.5，将制备的预备毡浸泡在100mL的缓冲溶液中，随之将0.2g单宁酸、0.1g聚乙烯亚胺溶解于缓冲溶液中，在40℃恒温，空气氛围下中使用磁力搅拌器搅拌8h后取出，放入烘箱中70℃下烘干，然后放入管式炉中，氮气氛围条件，以5℃/min升温至900℃高温碳化处理1.5h，得到单宁酸
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聚乙烯亚胺改性电极材料，将得到的碳毡组装单电池，对比未经改性的原毡，在200mA/cm2条件下，能量效率提高10.2％。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全钒液流电池的电极材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：S1.碳毡亲水处理：将碳毡悬挂于马弗炉中，在空气氛围、温度300～600℃下热处理3h；S2.配置pH值为8.5的三羟甲基氨基甲烷
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稀盐酸缓冲溶液，取上述缓冲溶液100mL，将步骤S1制备的碳毡浸泡在100mL缓冲溶液中，随之添加0.1～0.2g的单宁酸和0.1～0.2g聚乙烯亚胺共沉积；在25～40℃恒温条件下，空气氛围下中使用磁力搅拌器搅拌6～12h后取出，放入烘箱中70...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡伊宁，王紫雪，李全龙，张宇哲，冯伟，江杉，王世宇，
申请(专利权)人：大连融科储能技术发展有限公司，
类型：发明
国别省市：