【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及石墨毡电极，特别涉及一种钒电池用高活性石墨毡电极及其制备方法。
技术介绍
1、太阳能和风能等可再生能源的储量巨大且来源长期稳定，而且对环境影响微乎其微，是优化能源供给结构的重要力量。然而，可再生能源有一个重要的问题亟待解决，即这些能源的获取具有不稳定不连续的特点。因此，在近年来的新能源开发和利用研究中，开发高效的储能系统成为了研究者们的关注重点。全钒液流电池具有电能转换效率高，可实时监测其充放电状态，电解液可长期使用，电池材料循环利用、安全等突出特点，在电力系统中得到了广泛的推广和应用。
2、电极作为全钒液流电池的关键组成部分，其性能对电池的效率、容量等指标有着至关重要的影响。电极的性能不仅关系到电池的电化学反应，也关系到电池的欧姆极化和电化学极化等多个方面，而电极性能又取决于其导电性、比表面积等。实现高效、高性能的全钒液流电池，需要采用具备良好特性的电极材料。理想的全钒液流电池电极材料具备以下特点：良好的电催化活性和可逆性，以提高电池的反应速率和循环稳定性；在电池充、放电电压范围内稳定，具有较高的析氢电位，减少副反应；良好的电化学稳定性；耐酸和耐氧化；与双极板的接触电阻较小。
3、石墨毡是一种由碳纤维经过纺织和压缩制成的多孔材料，因其独特的结构和性质，成为了广泛应用于全钒液流电池电极材料的首选之一。石墨毡具有良好的耐腐蚀性、耐高温性、高稳定性和机械强度，能够在极端环境下长期稳定运行，因此被广泛选用作全钒液流电池电极材料。然而，石墨毡也存在一些不足之处，尤其是电极材料活性低导致的能量效率低的
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种钒电池用高活性石墨毡电极及其制备方法，以克服现有技术中的不足。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、本申请公开了一种钒电池用高活性石墨毡电极的制备方法，包括以下步骤：
4、s1、制备聚合物包覆碳纳米管浆料，所述聚合物包覆碳纳米管浆料包含如下重量份：耐酸高分子树脂2.0~4.0份、高温可交联物0.4~0.8份、非离子表面活性剂0.5~1.5份、消泡剂0.1~0.3份，聚合物包覆碳纳米管5.0~10.0份、金属粉末3~5份，去离子水90~100份；将上述组分共混搅拌，得到聚合物包覆碳纳米管浆料，所述聚合物包覆碳纳米管浆料粘度在500~4000mpa.s；
5、s2、将石墨毡完全浸润到聚合物包覆碳纳米管浆料中，在60~100℃的温度下真空干燥，再进行高温烧结，制备得到高活性石墨毡电极。
6、作为优选，所述耐酸高分子树脂选用聚丙烯酸、聚马来酸酐、聚乙二醇中的至少一种。
7、作为优选，所述高温可交联物选用聚乙烯基吡咯酮k15、聚乙烯基吡咯酮k30、聚乙烯基吡咯酮k60、聚乙烯基吡咯酮k90、聚乙烯基吡咯酮k150、丙烯酰胺-双丙酮丙烯酰胺中的至少一种。
8、作为优选，所述非离子表面活性剂选用聚乙烯单醇、壬基酚聚醚-10、鲸蜡硬脂醇聚醚-10、吐温20、n-月桂基吡咯烷酮中的至少一种；所述消泡剂选用聚醚改性硅油、异辛醇、磷酸三辛酯、蜂蜡、聚硅氧烷、甲基硅油中的至少一种。
9、作为优选，所述金属粉末选用铋、锡中的至少一种。
10、作为优选，步骤s1中，共混搅拌的搅拌速度为1500~2500rpm，搅拌时间为1~3h。
11、作为优选，步骤s2中，高温烧结的工艺如下：按照5~10℃/min的升温速度，升温至300～500℃，保温2~4h。
12、作为优选，步骤s1中，所述聚合物包覆碳纳米管采用如下方式制备获得：
13、s11、制备有机酸改性碳纳米管：将5份碳纳米管和25份有机酸搅拌均匀后密封，在150~200℃环境下进行10~15h的反应；加入去离子水充分搅拌后静置，再进行减压抽滤，水洗、乙醇洗直至样品为中性，以30~60℃的温度烘干，得到有机酸改性碳纳米管；所述有机酸选用植酸、甲酸、乙酸、草酸、酒石酸中的至少一种。
14、s12、制备聚合物包覆碳纳米管：将步骤s11得到的有机酸改性碳纳米管加入到ph为7.5~10.0的缓冲液中进行超声处理，在超声处理的同时加入胺基聚合物，继续进行20~40min的超声处理；混合均匀后搅拌6-10h，然后抽滤洗涤干燥，得到聚合物包覆碳纳米管。所述胺基聚合物采用多巴胺、树枝状小分子六亚甲基四胺、支化聚合物聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺中的至少一种。
15、作为优选，步骤s2中有机酸改性碳纳米管与胺基聚合物的质量比为1：5~1：2。
16、本专利技术还公开了一种钒电池用高活性石墨毡电极，所述高活性石墨毡电极采用上述的一种钒电池用高活性石墨毡电极的制备方法制备获得。
17、本专利技术的有益效果：
18、1、本专利技术制备的聚合物包覆碳纳米管上胺基聚合物中含有大量的n原子，杂原子的引入可以增强导电性，提高其电化学性能；
19、2、本专利技术制备的高活性墨毡电极上含有高温交联聚合物，可在烧结过程中实现交联，耐电解液冲刷，容量保持率好，此外，可控制耐酸高分子树脂的碳化程度，增强导电性的同时实现较好的粘结效果；
20、3、本专利技术制备的钒电池用高活性石墨毡纤维上附着大量铋、锡，可提高析氢电位，能拓宽全钒液流电池充、放电电压范围，提高电池容量保持率的同时可进一步提高电解液利用率；
21、4、本专利技术制备的高活性石墨毡纤维强度得到大幅度提升，在相同形变下可有效降低接触电阻，提升电池效率。
22、本专利技术的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
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1.一种钒电池用高活性石墨毡电极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种钒电池用高活性石墨毡电极的制备方法，其特征在于：所述耐酸高分子树脂选用聚丙烯酸、聚马来酸酐、聚乙二醇中的至少一种。
3.如权利要求1所述的一种钒电池用高活性石墨毡电极的制备方法，其特征在于：所述高温可交联物选用聚乙烯基吡咯酮K15、聚乙烯基吡咯酮K30、聚乙烯基吡咯酮K60、聚乙烯基吡咯酮K90、聚乙烯基吡咯酮K150、丙烯酰胺-双丙酮丙烯酰胺中的至少一种。
4.如权利要求1所述的一种钒电池用高活性石墨毡电极的制备方法，其特征在于：所述非离子表面活性剂选用聚乙烯单醇、壬基酚聚醚-10、鲸蜡硬脂醇聚醚-10、吐温20、N-月桂基吡咯烷酮中的至少一种；所述消泡剂选用聚醚改性硅油、异辛醇、磷酸三辛酯、蜂蜡、聚硅氧烷、甲基硅油中的至少一种。
5.如权利要求1所述的一种钒电池用高活性石墨毡电极的制备方法，其特征在于：所述金属粉末选用铋、锡中的至少一种。
6.如权利要求1所述的一种钒电池用高活性石墨毡电极的制备方法，其特征在于：步骤S1
7.如权利要求1所述的一种钒电池用高活性石墨毡电极的制备方法，其特征在于：步骤S2中，高温烧结的工艺如下：按照5~10℃/min的升温速度，升温至300～500℃，保温2~4h。
8.如权利要求1所述的一种钒电池用高活性石墨毡电极的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述聚合物包覆碳纳米管采用如下方式制备获得：
9.如权利要求8所述的一种钒电池用高活性石墨毡电极的制备方法，其特征在于：步骤S12中有机酸改性碳纳米管与胺基聚合物的质量比为1：5~1：2。
10.一种钒电池用高活性石墨毡电极，其特征在于：所述高活性石墨毡电极采用如权利要求1~9任一项所述的一种钒电池用高活性石墨毡电极的制备方法制备获得。
...【技术特征摘要】
1.一种钒电池用高活性石墨毡电极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种钒电池用高活性石墨毡电极的制备方法，其特征在于：所述耐酸高分子树脂选用聚丙烯酸、聚马来酸酐、聚乙二醇中的至少一种。
3.如权利要求1所述的一种钒电池用高活性石墨毡电极的制备方法，其特征在于：所述高温可交联物选用聚乙烯基吡咯酮k15、聚乙烯基吡咯酮k30、聚乙烯基吡咯酮k60、聚乙烯基吡咯酮k90、聚乙烯基吡咯酮k150、丙烯酰胺-双丙酮丙烯酰胺中的至少一种。
4.如权利要求1所述的一种钒电池用高活性石墨毡电极的制备方法，其特征在于：所述非离子表面活性剂选用聚乙烯单醇、壬基酚聚醚-10、鲸蜡硬脂醇聚醚-10、吐温20、n-月桂基吡咯烷酮中的至少一种；所述消泡剂选用聚醚改性硅油、异辛醇、磷酸三辛酯、蜂蜡、聚硅氧烷、甲基硅油中的至少一种。
5.如权利要求1所述的一种钒电池用高活性石墨毡电极的制备方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：熊仁海，王宇，陈广新，鲁昆昆，
申请(专利权)人：杭州德海艾科能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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