[發明專利]一種全釩液流電池用電極及其制備方法

有效

• 申請號: 201010219681.2
• 申請日: 2010-06-29
• 公開（公告）號: CN102315462A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發明（設計）人: 崔光磊;韓鵬獻;王海波;劉志宏;陳驍;姚建華;朱玉偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: H01M4/96
• 分類號: H01M4/96;H01M4/88
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周長興

技術領域

本發明屬于釩液流儲能電池領域，具體地涉及一種全釩液流電池用電極及其制備方法。

背景技術

全釩液流電池，是以VO₂⁺/VO₂⁺和V²⁺/V³⁺電對分別作為電池的正極和負極活性物質的氧化還原液流電池，電池充放電時，電極反應過程如下：

正極V⁰＝0.999V(vs.NHE)(1)

負極V⁰＝-0.255V(vs.NHE)(2)

式中V⁰為氧化還原電對相對于標準氫電極的標準電勢。

該電池系統組裝設計靈活，易于模塊組合，蓄電規模可大可小；可高速響應，高功率輸出；電池系統易于維護，安全穩定，環境友好，廣泛應用于電廠(電站)調峰電源系統、大規模的光電轉換系統、風能發電的儲能電源以及邊緣地區儲能系統、不間斷電源或應急電源系統等。

目前，文獻報道的全釩液流電池電極主要采用碳素類材料有石墨板、石墨氈、碳氈等，這類材料雖然有較好的耐強酸腐蝕性，但電壓效率低僅為81％(Skyllas-Kazacosm，Grossmith?F.Efficient?vanadium?redox?flow?cell[J].J.Electrochem.Soc.，1987，134(12)：2950-2953.)。金屬箔/網作為釩液流電池用正極材料可以提高機械強度，但如何使其保持較高的電化學活性，需要深入的展開工作。

發明內容

本發明的目的在于提供一種全釩液流電池的電極。

本發明的另外一目的在于提供一種制備上述電極的方法。

為實現上述目的，本發明提供的全釩液流電池的電極，是將納米碳基電極材料沉積于集流體得到；納米碳基電極材料中包括有導電劑和粘結劑，納米碳基電極材料∶導電劑∶粘結劑的重量比為90∶1-5∶1-5；導電劑為乙炔黑、Super?P、石墨化碳纖維、氣相生長碳纖維中的一種或多種；粘結劑為聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、羧基丁苯膠乳、羧甲基纖維素鈉、Nafion溶液中的一種或多種。

所述的電極中，納米碳基電極材料為氧化石墨烯、還原石墨烯、碳化物、氮化碳或碳/金屬氮化物復合材料中的一種或多種；納米碳基材料表面具有-OH、C＝O、C-O中的一種或多種含氧官能團；納米碳基電極材料占電極的質量百分比為0.1-10wt％，納米碳基電極材料厚度為1-200μm。

所述的電極中，氧化石墨烯及還原石墨烯的比表面積為30-500m²/g，片層厚度為0.35-15nm。

所述的電極中，氮化碳結構為介孔類石墨相，孔徑在2-50nm。

所述的電極中，碳/金屬氮化物復合材料的粒徑為2-50nm，金屬氮化物為氮化鈦、氮化釩、氮化鉻、氮化錳、氮化鉬的一種或多種混合物。

所述的電極中，集流體為金屬箔或金屬網，所述金屬箔或金屬網中的金屬為鈦、鋯、鎢、鉻中的一種，集流體的厚度為0.01-3mm。

所述的電極中，金屬箔或金屬網中的金屬為鈦。

本發明提供的制備上述全釩液流電池的電極的方法，包括：

1)將納米碳基電極材料∶導電劑∶粘結劑按重量比90∶1-5∶1-5混合；

2)在集流體的表面沉積步驟1混合的電極材料，得到全釩液流電池用電極。

所述的制備方法中，沉積方法包括靜電噴射、空氣噴涂或物理氣相沉積法噴涂。

本發明制備的全釩液流電池用電極，對釩離子顯示出良好的電化學活性，大大提高了電壓效率，且該電極材料原料易得、制備工藝簡單、成本低廉，效果明顯。

附圖說明

圖1為本發明實施例1電極材料傅里葉紅外譜圖。

圖2為本發明實施例1中的電極材料透射電子顯微鏡圖。

具體實施方式

本發明提供的全釩液流電池的電極，其特征在于是納米碳基電極材料沉積于集流體金屬箔/網上得到，電極材料厚度為1-200μm。

本發明的制備方法，包括：

將金屬箔/網預先經過表面處理；

將納米碳基電極材料與導電劑、粘結劑按重量比90∶1-5∶1-5混合；

在集流體的表面沉積上述電極材料，得到全釩液流電池用電極。