【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及储能，具体涉及一种金属碳化物纳米材料修饰改性电池碳布电极的方法。
技术介绍
1、由于风能、太阳能等可再生能源发电的间歇性和随机性特点，大规模并入电网将给电网的安全、稳定运行带来严重冲击。因此，急需大规模储能技术，特别是长时储能技术，来实现电网的“削峰填谷”，进而提高电网对可再生能源发电的消纳能力，解决弃风、弃光等问题。铁铬液流电池具有安全性高、循环寿命长、电解液可循环利用、生命周期性价比高、环境友好等优势，对大规模储是首选技术之一，具有广阔的应用前景。铁铬液流电池被认为是第一个真正的液流电池，它利用成本低廉且储量丰富的铁和氯化铬作为氧化还原活性材料，使其成为最具成本效益的储能系统之一。铁铬液流电池由电极、膜、电解液、电解液存储供给单元以及管理控制单元等部分构成。近年来研究主要集中在铁铬液流电池的关键材料（电解液、电极和离子传导膜等）和电池结构等方面，以提高电池能量效率、能量密度及其稳定性等性能。
2、铁铬液流电池的工作基本原理是铁离子和铬离子电解液在正负极电极材料上发生氧化还原反应。因此，电极材料是影响电池性能的关键材料。对于商业化应用来说，低成本、易制备、高性能、长寿命、可大规模制备是商业化使用电极材料的基础。目前所使用的液流电池电极主要是碳毡、石墨毡和碳布。碳毡和石墨毡是由碳纤维组成的具有大表面积的三维网状结构，其高孔隙率有利于电解质流动的传质。碳布纤维排列相对有序，孔隙分布广泛。碳布即碳纤维布，纤维排列相对有序，孔隙分布较广。与相同孔隙率和纤维直径的碳纸相比，碳布具有更高的透气性和更低的曲率、更高
3、铁铬液流电池的氧化还原反应电对是铁离子和铬离子，在电极处易发生阴极析氢问题以及铬离子活性弱的问题，对铁铬液流电池的电极材料改性也是新的挑战。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，推动铁铬液流电池更好的商业化发展，提供了一种金属碳化物纳米材料修饰改性电池碳布电极的方法，包括碳布预处理；制备金属碳化物纳米材料修饰改性碳布；煅烧修饰后的碳布后得到金属碳化物纳米材料修饰改性的电池碳布电极；本专利技术制备的金属碳化物纳米材料修饰改性的电池碳布电极具有操作方法简单、原料成本低廉，便于大规模制作的优点，本专利技术制备的金属碳化物纳米材料修饰的碳布电极为电池电解液氧化还原反应提供了丰富的高催化活性位，利用形成的蠕虫孔状纳米孔促进了电池电解液氧化还原反应，提高碳布电极导电性，优化催化剂的生长环境，能够提高氢离子的析出电位，减少负极电解液的析氢量，大大提升了电池效率和性能，具备极强的商业推广潜力。
2、为实现以上技术效果，采用如下技术方案：
3、一种金属碳化物纳米材料修饰改性电池碳布电极的方法，包括以下步骤：
4、步骤s1：碳布预处理：
5、使用去离子水、乙醇、甲醇中的一种或多种溶液将碳布清洗后烘干；将清洗后的碳布进行高温热处理后完成预处理；
6、步骤s2：制备金属碳化物纳米材料修饰改性电池碳布：
7、配置金属碳化物纳米材料前驱体溶液；将步骤s1中得到的预处理碳布浸入前驱体溶液中，使用浸渍法或水热法中的一种或多种方法处理；
8、步骤s3：煅烧修饰后的电池碳布
9、将步骤s2中处理后的碳布取出后烘干，在保护气氛下高温煅烧进行碳热还原，得到金属碳化物纳米材料修饰改性的电池碳布。
10、进一步的，所述步骤s1中碳布清洗采用超声方式，清洗时间为5-30 min，采用烘箱烘干，烘干温度为25-120 ℃，碳布高温热处理的具体方式为：将清洗后的碳布放入马弗炉中保持空气气氛进行高温热处理。
11、进一步的，所述步骤s1中所用的碳布为聚丙烯腈pnv基碳布、人造丝基碳布或石油沥青基碳布。
12、进一步的，所述步骤s1中碳布进行高温热处理的温度为100-1000 oc，保温时间为1-30 h。
13、进一步的，所述步骤s2中金属碳化物纳米材料前驱体溶液浓度为0.01-5 mol/l。
14、进一步的，所述步骤s2中金属碳化物纳米材料前驱体溶液的溶质为氯化钛、氟化钛、氯化镍、硝酸镍、氯化铜、硫酸铜、氯化铂、硝酸铂、氯化锡、氯化镍、硝酸镍、氯化锌及其水合物的一种或多种，配置前驱体的溶剂为水、浓盐酸、盐酸、硫酸、硝酸、氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、乙二醇中的一种或多种。
15、进一步的，所述步骤s2中采用浸渍法时，浸渍时间为0.1-24 h。
16、进一步的，所述步骤s2中采用水热法时，使用的仪器为高压水热釜，水热反应温度为100-260 ℃，保持时间为1-24 h。
17、进一步的，所述步骤s3中碳布烘干温度为50-100 ℃，烘干时长为0.1-24 h；使用管式炉进行碳热还原，煅烧温度为600-2000 ℃，保护气氛为氦气、氮气、氩气、氙气、氖气中的一种或多种混合气体，反应过程中的升温速率为1-20 ℃/min，并在煅烧温度保温0.5-12h。
18、上述金属碳化物纳米材料修饰改性电池碳布电极的方法制备得到的电池碳布电极材料。
19、本专利技术的有益效果为：
20、1、本专利技术的纳米材料修饰的碳布电极，碳热反应可以在电极表面形成镶嵌在蠕虫状纳米孔中的碳化物，蠕虫状纳米孔增加了电极表面积，增加了电极处的氧化还原面积，为化学反应提供了更丰富的有效面积；镶嵌在蠕虫状纳米孔中的碳化物是电池反应优良的电催化剂，增加了电极处氧化还原反应的动力学并且对于抑制铁铬液流电池析氢具有很大的作用；新制备的碳布电极具有独特的结构，与以往将催化剂粘结到电极表面的方法相比具有以下优点：第一，电催化剂嵌入孔中，避免在流动环境中被冲走；第二，电催化剂可以均匀分布，防止粘结过程中的团聚；第三，克服了由于聚合物粘合剂的非导电性质，克服了粘合剂工艺的成本问题，降低了电极制造的成本并避免了粘结剂覆盖电催化剂的活性表面。
21、2、本专利技术制备的铁铬液流电池碳布电极用纳米材料进行修饰改性碳布，相对于未改性材料来说，在电池循环中表现出更高的能量效率、比容量、库伦效率以及更稳定的循环性能，提高碳布电极导电性，优化催化剂的生长环境，提高所制备电极材料的电化学性能，大大提升了电池性能。
22、3、本专利技术操作方法简单、原料成本低廉，并适用于大规模市场化制备，是一种能够促进铁铬液流电池发展的改性方法。
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1.一种金属碳化物纳米材料修饰改性电池碳布电极的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2. 如权利要求1中所述一种金属碳化物纳米材料修饰改性电池碳布电极的方法，其特征在于，所述步骤S1中碳布清洗采用超声方式，清洗时间为5-30 min，采用烘箱烘干，烘干温度为25-120 ℃，碳布高温热处理的具体方式为：将清洗后的碳布放入马弗炉中保持空气气氛进行高温热处理。
3.如权利要求1中所述一种金属碳化物纳米材料修饰改性电池碳布电极的方法，其特征在于，所述步骤S1中所用的碳布为聚丙烯腈PNV基碳布、人造丝基碳布或石油沥青基碳布。
4. 如权利要求1中所述一种金属碳化物纳米材料修饰改性电池碳布电极的方法，其特征在于，所述步骤S1中碳布进行高温热处理的温度为100-1000 oC，保温时间为1-30 h。
5. 如权利要求1中所述一种金属碳化物纳米材料修饰改性电池碳布电极的方法，其特征在于，所述步骤S2中金属碳化物纳米材料前驱体溶液浓度为0.01-5 mol/L。
6.如权利要求1中所述一种金属碳化物纳米材料修饰改性电池碳布电极的
7. 如权利要求1中所述一种金属碳化物纳米材料修饰改性电池碳布电极的方法，其特征在于，所述步骤S2中采用浸渍法时，浸渍时间为0.1-24 h。
8. 如权利要求1中所述一种金属碳化物纳米材料修饰改性电池碳布电极的方法，其特征在于，所述步骤S2中采用水热法时，使用的仪器为高压水热釜，水热反应温度为100-260℃，保持时间为1-24 h。
9. 如权利要求1中所述一种金属碳化物纳米材料修饰改性电池碳布电极的方法，其特征在于，所述步骤S3中碳布烘干温度为50-100 ℃，烘干时长为0.1-24 h；使用管式炉进行碳热还原，煅烧温度为600-2000 ℃，保护气氛为氦气、氮气、氩气、氙气、氖气中的一种或多种混合气体，反应过程中的升温速率为1-20 ℃/min，并在煅烧温度保温0.5-12 h。
10.如权利要求1-9中任意一项所述的金属碳化物纳米材料修饰改性电池碳布电极的方法制备得到的电池碳布电极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种金属碳化物纳米材料修饰改性电池碳布电极的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2. 如权利要求1中所述一种金属碳化物纳米材料修饰改性电池碳布电极的方法，其特征在于，所述步骤s1中碳布清洗采用超声方式，清洗时间为5-30 min，采用烘箱烘干，烘干温度为25-120 ℃，碳布高温热处理的具体方式为：将清洗后的碳布放入马弗炉中保持空气气氛进行高温热处理。
3.如权利要求1中所述一种金属碳化物纳米材料修饰改性电池碳布电极的方法，其特征在于，所述步骤s1中所用的碳布为聚丙烯腈pnv基碳布、人造丝基碳布或石油沥青基碳布。
4. 如权利要求1中所述一种金属碳化物纳米材料修饰改性电池碳布电极的方法，其特征在于，所述步骤s1中碳布进行高温热处理的温度为100-1000 oc，保温时间为1-30 h。
5. 如权利要求1中所述一种金属碳化物纳米材料修饰改性电池碳布电极的方法，其特征在于，所述步骤s2中金属碳化物纳米材料前驱体溶液浓度为0.01-5 mol/l。
6.如权利要求1中所述一种金属碳化物纳米材料修饰改性电池碳布电极的方法，其特征在于，所述步骤s2中金属碳化物纳米材料前驱体溶液的...
【专利技术属性】
技术研发人员：牛迎春，徐泉，王屾，杨子骥，
申请(专利权)人：中海储能科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：
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