氧化还原液流电池用电极及其制备方法、包含其的流电池技术

本发明专利技术公开一种氧化还原液流电池用电极及其制备方法、包含其的流电池，其为负载有亲水性含氧基团的碳基材料，碳基材料包含不饱和双键，催化活性高且性能稳定，电池的工作效率高，本申请的氧化还原液流电池用电极能高效催化钒电池四价钒离子和五价钒离子间相互转化，可降低液流电池的极化，显著提高电池能量效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
氧化还原液流电池用电极及其制备方法、包含其的流电池


[0001]本专利技术涉及电池
，尤其涉及一种氧化还原液流电池用电极及其制备方法、包含其的流电池。

技术介绍

[0002]液流电池具有长寿命、功率和容量独立、充放电响应迅速、安全可靠等突出优势，成为规模储能的首选技术之一。液流电池三大极化现象，活化极化、欧姆极化和浓差极化，降低了电池能量效率，使电能大量浪费。电极是液流电池核心部件之一，电极性能在很大程度上影响了电池工作效率，如电极催化活性好可以降低电池活化极化。
[0003]常用的增加电极催化活性的方法为在电极纤维表面沉积或生长具有高比表面积的纳米材料，能过增加电极总面积和反应动力，使更多的离子参与活化反应。例如专利CN 114497588 A提供了一种以Mn、Ni、Fe和Cu的钴酸盐悬浮液在碳材料表面沉积出纳米颗粒的方法，来提高电极的催化活性。
[0004]虽然化学沉积法在电极表面形成纳米颗粒，能一定程度上可提高电极的催化活性，但其存在贵金属成本高和反应不可控的缺点，且在电池长期使用过程中纳米颗粒可能在电解液的冲刷下脱落导致电极催化性下降。因此，需要一种催化活性高且性能稳定的流电池用电极以提升电池能量效率。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本申请提供一种氧化还原液流电池用电极及其制备方法、包含其的流电池，电极催化活性高，电池的能量效率高。
[0006]为达到上述技术目的，本申请采用以下技术方案：
[0007]第一方面，本申请提供一种氧化还原液流电池用电极，其为负载有亲水性含氧基团的碳基材料，所述碳基材料包含不饱和碳原子。
[0008]优选的，碳基材料为具有刻蚀流道的石墨毡。
[0009]优选的，刻蚀流道沿所述石墨毡的轴向方向延伸。
[0010]优选的，亲水性含氧基团包括
‑
OH、
‑
C＝O、
‑
COOH中的一种或几种。
[0011]第二方面，本申请提供一种氧化还原液流电池用电极的制备方法，包括以下步骤：
[0012]S1.将预氧化的聚丙烯腈纤维进行碳化后，立即淬火，得到具有刻蚀流道的碳毡；
[0013]S2.将碳毡进行石墨化处理，得到具有刻蚀流道的石墨毡；
[0014]S3.以石墨毡为阳极、以钛基氧化物为阴极，于酸性电解液中进行电化学氧化反应，即得氧化还原液流电池用电极。
[0015]优选的，淬火所用冷却介质为水、油、液氮中的一种或几种。
[0016]优选的，预氧化的温度为180
‑
260℃，预氧化时间为7.5
‑
15min。
[0017]优选的，碳化的温度为750
‑
1250℃，碳化的时间为6
‑
8h。
[0018]优选的，石墨化处理的温度为2200
‑
2300℃。
[0019]第三方面，本申请提供一种全钒液流电池，其包含氧化还原液流电池用电极。
[0020]本申请的有益效果如下：本申请的氧化还原液流电池用电极通过碳化后淬火得到表面具有的流道，有利于电解液在电极表面的传输，显著减少了电池浓差极化，再石墨烯化，将碳原子高度有序排列，有利于电子在电极中传输，减少了欧姆极化，通过电解氧化在不饱和碳原子上附加含氧官能团，有利于离子氧化还原反应，减少了活化极化，使得最终得到的氧化还原液流电池用电极催化活性高，含有其的电池工作效率高，不会受到电解液的冲刷影响，性能稳定。本申请的氧化还原液流电池用电极能高效催化钒电池四价钒离子和五价钒离子间相互转化，可降低液流电池的极化，显著提高电池能量效率。
附图说明
[0021]图1为本方案制备电极的产品结构演变图；
[0022]图2为电化学性能测试结果。
[0023]图3为本方案制备电极的工艺流程图。
具体实施方式
[0024]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0025]本申请提供一种氧化还原液流电池用电极，其为负载有亲水性含氧基团的碳基材料，碳基材料包含不饱和碳原子。在碳基材料上附加亲水性含氧官能团，有利于离子氧化还原反应，减少了活化极化，使得最终得到的氧化还原液流电池用电极催化活性高；不饱和碳原子最外层电子没有达到稳定状态，容易和一些亲水性含氧官能团稳定结合。本申请的氧化还原液流电池用电极能高效催化钒电池四价钒离子和五价钒离子间相互转化，可降低液流电池的极化，显著提高电池能量效率。
[0026]碳基材料为具有刻蚀流道的石墨毡；所述刻蚀流道沿所述石墨毡的轴向方向延伸，即石墨毡具有轴向方向上的流道，该流道有利于电解液在电极表面的传输，显著减少了电池浓差极化。
[0027]亲水性含氧基团包括
‑
OH、
‑
C＝O、
‑
COOH中的一种或几种，其来源于酸性电解液。
[0028]本申请提供一种氧化还原液流电池用电极的制备方法，包括以下步骤：
[0029]S1.将预氧化的聚丙烯腈纤维进行碳化后，立即淬火，得到具有刻蚀流道的碳毡；
[0030]S2.将碳毡进行石墨化处理，得到具有刻蚀流道的石墨毡；
[0031]S3.以石墨毡为阳极、以钛基氧化物为阴极，于酸性电解液中进行电化学氧化反应，即得氧化还原液流电池用电极。
[0032]电池能量效率受3大极化的影响，即活化极化、浓差极化以及欧姆极化，本方案对电极的改性同时减少了3大极化，提升了电池的能量效率。
[0033]通过步骤S1，可在碳化纤维表面刻蚀出流道增加纤维的比表面积，便于电解液在纤维中的流通；通过步骤S2可增加电极的导电率；通过步骤S3可增加石墨毡表面含氧官能团的数量，提高电极的催化活性。
[0034]步骤S1中，预氧化处理的条件为：空气氛围下将聚丙烯腈纤维通过预氧化炉连续
加热预氧化，预氧化的温度为180
‑
260℃，预氧化时间为7.5
‑
15min。
[0035]步骤S1中，将预氧化的聚丙烯腈置于马弗炉中碳化，碳化的温度为750
‑
1250℃，碳化的时间为6
‑
8h，结束后将碳毡快速放入冷却介质中冷却，得到具有刻蚀流道的碳毡，淬火所用冷却介质为水、油、液氮中的一种或几种。碳化温度越高，淬火后，刻蚀的流道越深越多越有利于电解液在电极表面的传递。
[0036]步骤S2中，石墨化处理的温度为2200
‑
2300℃，加热完成后随炉冷却，得到碳原子高度有序排列的石墨毡，优选的，石墨化处理的温度为2200℃。
[0037]步骤S3中，采用恒电流对石墨毡进行持续电化学氧化，电化学氧化的电压范围为10
‑
15V，电解完成后用去离子水充分洗涤，在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化还原液流电池用电极，其特征在于，其为负载有亲水性含氧基团的碳基材料，所述碳基材料包含不饱和碳原子。2.根据权利要求1所述的氧化还原液流电池用电极，其特征在于，所述碳基材料为具有刻蚀流道的石墨毡。3.根据权利要求2所述的氧化还原液流电池用电极，其特征在于，所述刻蚀流道沿所述石墨毡的轴向方向延伸。4.根据权利要求1所述的氧化还原液流电池用电极，其特征在于，所述亲水性含氧基团包括
‑
OH、
‑
C＝O、
‑
COOH中的一种或几种。5.一种如权利要求1
‑
4任一项所述的氧化还原液流电池用电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将预氧化的聚丙烯腈纤维进行碳化后，立即淬火，得到具有刻蚀流道的碳毡；S2.将所述碳毡进行石墨化处理，得到具有刻蚀流道的石墨毡；S3.以所述石墨毡为阳极、以钛基氧化物为阴极，于酸性电解...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘德政，潘佳成，李炎，柯子煜，张创，汪云，余刚，王乙坤，
申请(专利权)人：湖北隆中实验室，
类型：发明
国别省市：