一种复合电极及制备方法技术

本发明专利技术公开一种复合电极及制备方法，涉及电极材料技术领域，以解决现有技术全钒液流电池电极的亲水性和导电性差的问题

【技术实现步骤摘要】
一种复合电极及制备方法


[0001]本专利技术涉及电极材料
，尤其涉及一种复合电极及制备方法
。

技术介绍

[0002]钒电池
(Vanadium Redox Battery
，缩写为
VRB)
也被称为全钒氧化还原液流电池，钒电池通过钒离子价态变化，实现化学能到电能的往复转换，从而将风力或太阳能所产生的电力存储与释放
。
钒电池凭借其安全性高
、
寿命长
、
低污染等特性，成为可再生能源储能
、
电网调峰
、
备用电源等领域的首选技术之一
。
[0003]全钒液流电池系统由功率单元
、
能量单元
、
电解液输送单元以及电池管理系统等组成
。
其中，功率单元由离子交换膜
、
电极
、
双极板
、
电极框
、
密封等材料构成
。
电极作为功率单元的关键核心材料之一，在钒电池中不作为反应物直接参与反应，而只是提供了一个进行电子交换和离子转换的场所
。
[0004]目前，用于全钒液流电池电极的材料主要是碳毡或石墨化毡，其导电性好
、
耐高温性优异
、
化学稳定性佳
。
但其电化学活性比表面积小，亲水能力差，钒离子催化性能较差，难以满足全钒液流电池电极材料的需求
。

技术实现思路
<br/>[0005]本专利技术的目的在于提供一种复合电极及制备方法，提高了钒电池的导电性和亲水性，进而降低了电极的电阻率
。
[0006]第一方面，本专利技术提供一种复合电极的制备方法，包括：
[0007]提供多层碳纤维纸卷材，利用含有
MXene
的涂布液涂布每层所述碳纤维纸卷材，得到多层涂布后的碳纤维纸基材；
[0008]将多层所述涂布后的碳纤维纸基材复合为多层复合碳纸基材；
[0009]将所述多层复合碳纸基材裁切为多个纸条，将多个所述纸条堆叠，得到纤维方向纵向排列的预制复合电极；
[0010]对所述预制复合电极进行碳化处理和活化处理，得到复合电极
。
[0011]与现有技术相比，本专利技术提供的复合电极的制备方法具有以下优势：
[0012]本专利技术实施例提供的复合电极的制备方法中，首先，提供多层碳纤维纸卷材，利用含有
MXene
的涂布液涂布每层碳纤维纸卷材，得到多层涂布后的碳纤维纸基材，将多层涂布后的碳纤维纸基材复合为多层复合碳纸基材
。
由于
MXene
具有典型的二维层状结构特征，其比表面积大，导电性优良，自润滑性能良好，具有丰富的表面基团，而且
MXene
材料的表面有羟基或末端氧，羟基或末端氧有着过渡金属碳化物的金属导电性，并且具有亲水性，从而可以使得涂布后的碳纤维纸基材具有很好的亲水性
。
然后将多层复合碳纸基材裁切为多个纸条，将多个纸条堆叠，得到纤维方向纵向排列的预制复合电极
。
通过把多层复合碳纸基材裁条拼接，使得片材“立”起来，可以在纤维的
Z
方向起到物理造孔作用，使得钒电解液流动更加均匀
。
最后，对预制复合电极进行碳化处理和活化处理，得到复合电极
。
经碳化处理和活
化处理的导电性优异，更加有利于钒离子间的氧化还原反应
。
[0013]由上可见，本专利技术实施例提供的复合电极的制备方法可以提高钒电池的导电性和亲水性，进而降低电极的电阻率以及电化学催化性能
。
[0014]第二方面，本专利技术还提供一种复合电极，包括多个多层复合碳纸基材裁切的纸条，所述多个多层复合碳纸基材裁切的纸条堆叠在一起
。
[0015]与现有技术相比，本专利技术提供的复合电极的有益效果与第一方面复合电极的制备方法的有益效果相同，此处不做赘述
。
附图说明
[0016]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定
。
在附图中：
[0017]图1为本专利技术实施例的复合电极的制备方法的流程示意图；
[0018]图2为本专利技术实施例的复合电极的结构示意图；
[0019]图3为本专利技术实施例的复合碳纸基材的结构示意图
。
[0020]附图标记：
[0021]100
‑
纸条，
110
‑
碳纤维纸卷材，
120
‑
MXenes
层
。
具体实施方式
[0022]为了使本专利技术所要解决的技术问题
、
技术方案及有益效果更加清楚明白，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
。
[0023]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量
。
由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征
。
在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定
。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定
。
[0024]钒电池是一种可充电的液流电池，它利用钒离子化合价的变化来实现电能与化学能之间的转化
。
钒电池的优点包括：第一，可无限次充放电，且能量和功率独立，可以改变电池的能量容量
(
总能量
)
而不影响其功率
(
每秒能量
)。
第二，寿命长，具有可扩展性，可突破锂离子电池在电力系统中在储能时长方面的限制，用于长时储能，在电力系统中具有一定的发展空间
。
第三，受环境影响相对较小，一方面钒元素丰富，另一方面电解液可以回收和重复使用
。
[0025]钒电池凭借其安全性高
、
寿命长
、
低污染等特性，成为可再生能源储能
、
电网调峰
、
备用电源等领域的首选技术之一
。
钒电池通过钒离子价态变化，实现化学能到电能的往复转换，从而将风力或太阳能所产生的电力存储与释放，业内形象地称之为”电力银行”。
全钒液流电池是液流电池中唯一一种活性物质单一的电池，它以一种以化学能的形式将电能储存于不同价态钒离子的硫酸电解液中的电池
。
电解液通过外接泵被压入电池堆体内，在机械动力作用下，经不同的储液罐和半电池的闭合回路循环流动
。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种复合电极的制备方法，其特征在于，包括：提供多层碳纤维纸卷材，利用含有
MXenes
的涂布液涂布每层所述碳纤维纸卷材，得到多层涂布后的碳纤维纸基材；将多层所述涂布后的碳纤维纸基材复合为多层复合碳纸基材；将所述多层复合碳纸基材裁切为多个纸条，将多个所述纸条堆叠，得到纤维方向纵向排列的预制复合电极；对所述预制复合电极进行碳化处理和活化处理，得到复合电极
。2.
根据权利要求1所述的复合电极的制备方法，其特征在于，所述利用含有
MXenes
的涂布液涂布每层所述碳纤维纸卷材前，所述方法还包括：将
MXenes
溶液与热固性树脂
‑
甲醇溶液按照体积比为1：
(20
～
40)
的比例混合，超声搅拌分散均匀，得到含有
MXenes
的涂布液
。3.
根据权利要求2所述的复合电极的制备方法，其特征在于，所述将
MXenes
溶液与热固性树脂
‑
甲醇溶液混合前，所述方法还包括：利用二维过渡金属碳化物和氢氟酸进行侵蚀反应，得到
MXenes
；将所述
MXenes
处理成
MXenes
纳米片；将所述
MXenes
纳米片分散在非水极性溶剂中，得到
MXenes
溶液
。4.
根据权利要求2所述的复合电极的制备方法，其特征在于，所述将
MXenes
溶液与热固性树脂
‑
甲醇溶液混合前，所述方法还包括：将热固性树脂与甲醇按照体积比为
(10
～
30)
：
100
的比例混合，得到热固性树脂
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：宋佃凤，汤秀秀，吴立群，方博仁，郁国强，王燕，
申请(专利权)人：山东仁丰特种材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：