【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及液流储能电池，具体涉及一种稀土掺杂材料、制备方法和应用以及稀土液流储能电池。
技术介绍
1、目前，世界各国所使用的双液流储能电池，技术最成熟、性能最可靠的是“全钒液流电池”（简称钒电池）。钒电池安全性高，寿命长（循环充放电次数大于16000次），电池容量大，主要用于电网调峰，如大型风电场，光伏电站，潮汐电站和火电站，适用于100mw以上的储能系统。另外，还有一种锌镍液流储能电池属于沉积型液流电池，是一种新型的价格低廉、效率优良、安全环保型的液流储能电池，具有能量密度和电流效率高、装置简单易操纵、使用寿命长、成本低廉等优点，主要应用于电网调峰、风能和太阳能等可再生能源发电的储能、电动汽车等领域。
2、钒电池的缺点主要有：正极液在温度高于25℃时易析出五氧化二钒沉淀（钒电池在运行中很容易超过25℃）；五氧化二钒有剧毒，危害环境；石墨极板易受正极液刻蚀，一般两个月就需要进行维护。
3、锌镍液流储能电池的缺点主要有：锌镍液流储能电池中溶液中锌离子浓度决定了电池体系的储能量和能量密度；负极沉积的锌容易发生自腐蚀析氢，导致负极自放电快，电池整体荷电保持能力较差。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提出一种稀土掺杂材料、制备方法和应用以及稀土液流储能电池，通过在为液流储能电池的负极材料上负载催化剂和稀土元素，提高多硫化钠/溴电池的储能效率，对多硫化物的氧化还原反应有较好的催化活性，同时，提高了多硫化钠/溴电池的能量效率和循环性能。
2、本专利
3、本专利技术提供一种稀土掺杂材料的制备方法，将聚丙烯腈碳毡亲水化处理后，表面包覆一层褶皱化氧化石墨烯，依次经过预浸液、胶体钯活化液、解胶液表面改性，化学镀沉积nd/la/y-ni-b，经过水合肼还原，制得稀土掺杂材料。
4、作为本专利技术的进一步改进，包括以下步骤：
5、s1. 碳毡亲水化处理：将聚丙烯腈碳毡在碱液中加热处理，制得亲水化碳毡；
6、s2. 褶皱化氧化石墨烯包覆：将步骤s1制得的亲水化碳毡浸泡入氧化石墨烯水分散液中，上下表面盖上玻璃片，置于电阻炉中加热处理，干燥后，制得褶皱化氧化石墨烯包覆碳毡；
7、s3. 表面改性：将步骤s2中制得的褶皱化氧化石墨烯包覆碳毡放入预浸液中，室温处理，然后放入胶体钯活化液中，加热处理，然后放入解胶液中，室温处理，洗涤，制得改性褶皱化氧化石墨烯包覆碳毡；
8、s4. 化学镀：将氯化镍溶于乙醇中，加入氯化镧、硝酸钕、氯化钇、柠檬酸、乙二酸，搅拌混合均匀，调节溶液ph值，加入硼烷二甲胺，搅拌混合均匀，得到镀液，将步骤s3制得的改性褶皱化氧化石墨烯包覆碳毡加入镀液中，化学镀处理，取出，洗净，干燥，制得稀土元素掺杂褶皱化氧化石墨烯包覆碳毡；
9、s5. 还原：将步骤s4制得的稀土元素掺杂褶皱化氧化石墨烯包覆碳毡在水合肼蒸汽中还原，制得稀土掺杂材料。
10、作为本专利技术的进一步改进，步骤s1中所述碱液为0.5-1.5mol/l的naoh或koh溶液，所述加热处理的温度为90-100℃，时间为30-60min。
11、作为本专利技术的进一步改进，步骤s2中所述亲水化碳毡和氧化石墨烯水分散液的固液比为1:4-7g/ml，所述加热处理的温度为150-170℃，时间为2-4h。
12、作为本专利技术的进一步改进，步骤s3中所述预浸液的配方:氯化亚锡35-40g/l、盐酸100-120ml/l，余量为水，所述加热处理的温度为40-50℃，时间为5-10min，所述解胶液为0.5-1.5mol/l的盐酸溶液。
13、作为本专利技术的进一步改进，步骤s4中所述氯化镍、氯化镧、硝酸钕、氯化钇、柠檬酸、乙二酸、硼烷二甲胺的质量比为0.8-1.2：0.05-0.1:0.03-0.05:0.02-0.04:0.3-0.5：0.2-0.4：1-1.5，所述调节溶液ph值为3.8-4.2，所述化学镀处理的时间为1-3h。
14、作为本专利技术的进一步改进，步骤s5中所述水合肼蒸汽的压力为0.4-0.5kpa，所述还原的时间为5-7h。
15、作为本专利技术的进一步改进，具体包括以下步骤：
16、s1. 碳毡亲水化处理：将聚丙烯腈碳毡在0.5-1.5mol/l的naoh或koh溶液中加热至90-100℃，处理30-60min，制得亲水化碳毡；
17、s2. 褶皱化氧化石墨烯包覆：将步骤s1制得的亲水化碳毡浸泡入氧化石墨烯水分散液中，所述亲水化碳毡和氧化石墨烯水分散液的固液比为1:4-7g/ml，上下表面盖上玻璃片，置于电阻炉中加热至150-170℃，处理2-4h，干燥后，制得褶皱化氧化石墨烯包覆碳毡；
18、s3. 表面改性：将10重量份步骤s2中制得的褶皱化氧化石墨烯包覆碳毡放入100重量份预浸液中，室温处理2-4min，然后放入100重量份胶体钯活化液中，加热至40-50℃，处理5-10min，然后放入100重量份0.5-1.5mol/l的盐酸溶液中，室温处理3-5min，洗涤，制得改性褶皱化氧化石墨烯包覆碳毡；
19、所述预浸液的配方:氯化亚锡35-40g/l、盐酸100-120ml/l，余量为水；
20、s4. 化学镀：将0.8-1.2重量份氯化镍溶于100重量份乙醇中，加入0.05-0.1重量份氯化镧、0.03-0.05重量份硝酸钕、0.02-0.04重量份氯化钇、0.3-0.5重量份柠檬酸、0.2-0.4重量份乙二酸，搅拌混合均匀，调节溶液ph值为3.8-4.2，加入1-1.5重量份硼烷二甲胺，搅拌混合均匀，得到镀液，将10重量份步骤s3制得的改性褶皱化氧化石墨烯包覆碳毡加入100重量份镀液中，化学镀处理1-3h，取出，洗净，干燥，制得稀土元素掺杂褶皱化氧化石墨烯包覆碳毡；
21、s5. 还原：将步骤s4制得的稀土元素掺杂褶皱化氧化石墨烯包覆碳毡在压力为0.4-0.5kpa水合肼蒸汽中还原5-7h，制得稀土掺杂材料。
22、本专利技术进一步保护一种上述的制备方法制得的稀土掺杂材料。
23、本专利技术进一步保护一种稀土液流储能电池，以上述稀土掺杂材料为电池负极材料，电池正极材料为聚丙烯腈碳毡，正极电解液为3-5mol/l nabr水溶液，负极电解液为1-2mol/l na2s4水溶液，离子交换膜为nafion膜。
24、本专利技术具有如下有益效果：本专利技术在聚丙烯腈碳毡表面经过亲水化处理后，带有丰富的羟基，能够通过氢键作用与氧化石墨烯结合，从而有利于氧化石墨烯在聚丙烯腈碳毡表面固定，同时，在强热条件下，氧化石墨烯水分散液中水分快速逸散，同时玻璃片保持聚丙烯腈碳毡不变形，使得在聚丙烯腈碳毡表面负载了一层褶皱化的氧化石墨烯，大大提高了聚丙烯腈碳毡表面的比表面积，从而为后续负载稀土元素提供了较大的活性位点，最后经过水合肼还原，表面氧化石墨烯还原为石墨烯，从而大大提高了聚丙烯腈碳毡与化学镀本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种稀土掺杂材料的制备方法，其特征在于，将聚丙烯腈碳毡亲水化处理后，表面包覆一层褶皱化氧化石墨烯，依次经过预浸液、胶体钯活化液、解胶液表面改性，化学镀沉积Nd/La/Y-Ni-B，经过水合肼还原，制得稀土掺杂材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述碱液为0.5-1.5mol/L的NaOH或KOH溶液，所述加热处理的温度为90-100℃，时间为30-60min。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述亲水化碳毡和氧化石墨烯水分散液的固液比为1:4-7g/mL，所述加热处理的温度为150-170℃，时间为2-4h。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述预浸液的配方:氯化亚锡35-40g/L、盐酸100-120mL/L，余量为水，所述加热处理的温度为40-50℃，时间为5-10min，所述解胶液为0.5-1.5mol/L的盐酸溶液。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S5中所述水合肼蒸汽的压力为0.4-0.5kPa，所述还原的时间为5-7h。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
9.一种如权利要求1-8任一项所述的制备方法制得的稀土掺杂材料。
10.一种稀土液流储能电池，其特征在于，以权利要求9所述稀土掺杂材料为电池负极材料，电池正极材料为聚丙烯腈碳毡，正极电解液为3-5mol/L NaBr水溶液，负极电解液为1-2mol/L Na2S4水溶液，离子交换膜为Nafion膜。
...【技术特征摘要】
1.一种稀土掺杂材料的制备方法，其特征在于，将聚丙烯腈碳毡亲水化处理后，表面包覆一层褶皱化氧化石墨烯，依次经过预浸液、胶体钯活化液、解胶液表面改性，化学镀沉积nd/la/y-ni-b，经过水合肼还原，制得稀土掺杂材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述碱液为0.5-1.5mol/l的naoh或koh溶液，所述加热处理的温度为90-100℃，时间为30-60min。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中所述亲水化碳毡和氧化石墨烯水分散液的固液比为1:4-7g/ml，所述加热处理的温度为150-170℃，时间为2-4h。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中所述预浸液的配方:氯化亚锡35-40g/l、盐酸100-120ml/l，余量为水，所述加热处理的温度为40-50℃，时间为5-10min，所述解胶液为0.5-1...
【专利技术属性】
技术研发人员：耿海涛，张良虎，张禹哲，许智杰，
申请(专利权)人：北京道思克能源设备有限公司，
类型：发明
国别省市：
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