一种液流电池炭纸电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种液流电池炭纸电极，所述液流电池炭纸电极是用炭纸电极的基底层浸渍在修饰浆料中一段时间，继而取出，在惰性气体中进行高温修饰得到

【技术实现步骤摘要】
一种液流电池炭纸电极及其制备方法


[0001]本专利技术属于电池电极
，特别是涉及一种液流电池炭纸电极及其制备方法
。

技术介绍

[0002]液流电池储能作为新型储能技术之一，液流电池储能种类繁多，主要有全钒液流电池
、
锌溴液流电池
、
铁铬液流电池
、
全铁液流电池
、
水系有机液流电池等，其中全钒液流电池发展最快且技术最为成熟
。
随着风能
、
光伏等绿色发电技术发展及大规模的应用，因其发电具有波动性，亟需匹配相应的储能系统，保障在电网的各环节平滑间歇性绿色发电技术的波动性，增加电网系统运行的稳定性，起到用电削峰填谷作用，减少电网的冲击，节省电源投资，提高输配电系统的设备利用率及风光能源的渗透率
。
[0003]液流电池储能具有安全性高
、
自放电性低
、
电池反应速度快且可以深度放电，电解液储液罐容量和电堆功率可以模块化单独设计适合大规模长时储能
。
电堆是液流电池储能的核心部分，既是电化学反应场所又是储能系统中电能和化学能转换的场所
。
电堆的构成主要由集流板
、
液流框
、
双极板
、
质子交换膜
、
电极等联接而成
。
质子交换膜起到阻隔正负极电解液
、
传导质子作用，电极是活性物质发生氧化还原化学反应的主要场所
。
电极的性能直接影响液流储能电池的性能，作为液流储能电池电极应具备成本低廉易制备
、
导电性好
、
优异的机械性能
、
耐腐蚀
、
较高的电化学活性等
。
目前成熟的商业化电极产品主要是石墨毡或者碳毡，虽然成本相对低廉
、
导电性能及耐腐蚀性能也不错，但是电化学活性较差且厚度较厚，一般需要进行二次处理
。
进而提高电极的电化学活性，减少电池内部极化现象，使电池具有较高的工作电流密度并保障较好的电压效率和能量效率
。
[0004]截至目前针对活化改性液流电池电极的方法主要有酸化法
、
氧化法
、
沉积催化金属离子
、
杂原子掺杂法等
。
专利
CN103633330A
公开一种液流电池用复合电极及液流储能电池，是用石墨板与催化层
(
为碳毡
、
炭纸
、
碳布或石墨毡
)
用导电胶粘结的方式制备而成，制备过程并未进行高温氧化处理，以提高电压效率和能量效率；专利
CN 112234215 A
公开一种应用在铁
‑
铬氧化还原液流电池的电极，将碳布先用浓硫酸处理再浸渍锌盐水溶液的方法提高其导电性，进而降低电池的内阻；专利
CN 111261881 A
公开一种工业滤纸为基底经过酸处理
、
碱处理和高温氧化处理修饰从而制备具有较薄厚度的电极，降低本体电阻提高全钒液流电池的电压效率和能量效率；专利
CN 113809338 A
公开一种将石墨毡作为基底浸渍在石墨烯和多巴胺混合溶液中，继而在进行高温碳化处理实现
N
元素的掺杂，提高电极的电负性吸引钒离子到电极表面参与反应，提高电极材料的传输离子的传导能力，提高电池的能量转化效率
。
上述手段虽然能够提高电极的性能，但是想要实现批量化制备还很难
。
商业化的碳毡或石墨毡电极由于厚度较厚极大的增加电堆的体积和内阻，对电堆的效率影响很大
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种液流电池炭纸电极及制备方法，解决了现有技术中碳毡或石墨毡电极偏厚
、
电阻高
、
电化学活性差
、
进行电极性能二次活化修饰工艺复杂等存在的问题，同时可以实现批量化“卷对卷”生产
。
[0006]本专利技术的技术方案：一种液流电池炭纸电极，所述液流电池炭纸电极是用炭纸基底层在修饰浆料浸渍后，取出烘干，进行高温氧化反应，再在惰性气体中进行高温修饰得到
。
[0007]前述液流电池炭纸电极的制备方法，所述制备方法按照下面步骤进行：
[0008](1)
将炭纸基底层放入修饰浆料中浸渍1～
10min
，置于
50
～
100℃
烘箱中，烘干
10
～
100min
后，得到
A
品；
[0009](2)
将
A
品置于
300
～
500℃
高温氧化炉中，保温
10
～
100min
进行预氧化处理，得到含氧修饰的炭纸基底层，即得
B
品；
[0010](3)
将
B
品置于惰性气体保护高温碳化炉中进行石墨化处理，待自然冷却至室温收卷，即得液流电池炭纸电极
。
[0011]前述步骤
(1)
中炭纸基底层的厚度为
100
～
2000
μ
m
，孔径为
10
μ
m
～
150
μ
m
，孔隙率大于
70
％
。
[0012]前述步骤
(1)
中修饰浆料是由碳材料
、
含
N
有机化合物和溶剂组成，以重量份数计，碳材料占5～
10
份，含
N
有机化合物5～
10
份，溶剂
80
～
90
份
。
[0013]具体的说，前述的碳材料为石墨
、
石墨烯
、
乙炔黑
、
超导碳黑
、SuperP、
科琴黑
、
碳纳米管中的一种或二种以上
。
[0014]具体的说，前述含
N
有机化合物为聚乙烯基吡咯烷酮
、
羧甲基纤维素钠
、
聚吡咯
、
聚多巴胺
、
聚苯胺中的一种或二种以上
。
[0015]具体的说，前述溶剂为去离子水
、
乙醇
、
甲醇
、N
‑
甲基吡咯烷酮
、
异丙醇中的一种或二种以上
。
[0016]前述步骤
(3)
中，石墨化处理温度为
2000
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种液流电池炭纸电极，其特征在于：所述液流电池炭纸电极是用炭纸基底层浸渍在修饰浆料浸渍后，取出烘干，进行高温氧化反应，再在惰性气体中进行高温修饰得到
。2.
如权利要求1所述液流电池炭纸电极的制备方法，其特征在于：所述制备方法按照下面步骤进行：
(1)
将炭纸基底层放入修饰浆料中浸渍1～
10min
，置于
50
～
100℃
烘箱中，烘干
10
～
100min
后，得到
A
品；
(2)
将
A
品置于
300
～
500℃
高温氧化炉中，保温
10
～
100min
进行预氧化处理，得到含氧修饰的炭纸基底层，即得
B
品；
(3)
将
B
品置于惰性气体保护高温碳化炉中进行石墨化处理，待自然冷却至室温收卷，即得液流电池炭纸电极
。3.
如权利要求2所述液流电池炭纸电极的制备方法，其特征在于：所述步骤
(1)
中炭纸基底层的厚度为
100
～
2000
μ
m
，孔径为
10
μ
m
～
150
μ
m
，孔隙率大于
70
％
。4.
如权利要求2所述液流电池炭纸电极的制备方法，其特征在于：所述步骤
(1)
中，修饰浆料是由碳材料
、
含
N
有...

【专利技术属性】
技术研发人员：张瀚文，车鹏，李帅，陈海平，薛晓武，
申请(专利权)人：深圳市通用氢能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：