[發明專利]鈰鋅氧化還原液流電池復合負極板及其制備方法

有效

• 申請號: 201310179939.4
• 申請日: 2013-05-16
• 公開（公告）號: CN103259024A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 金榮榮;王立民;尹東明;李存峰;吳耀明;程勇;林靜;那兆霖;袁冬霞;徐圣楠
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春應用化學研究所;常州儲能材料與器件研究院
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 陶尊新

技術領域

本發明屬于電化學電池領域，具體涉及為一種鈰鋅氧化還原液流電池復合負極板及其制備方法。

技術背景

在鈰鋅液流電池研究中，一般用石墨、石墨氈或者純鋅作為電池的負極材料。如2011年，P.K.Leung等人在Journal?of?Power?Sources?196（2011）5174-5185中報道了關于鈰鋅液流電池的研究成果，其在組裝電池中用碳-聚乙烯復合電極作為電池負極，發現在電池的長期運行中，負極電解液中的pH會降低，對負極沉積鋅有較大的腐蝕作用，最終對電池的容量和循環壽命產生影響。2011年謝志鵬在其博士論文“鋅-鈰液流電池正極電解液的研究”中使用了純鋅片作電池的負極，在電池運行幾個循環后，由于鋅析氫過電位較低，負極鋅片發生溶解，電池循環壽命較短。另外，使用目前比較常見的石墨氈電極做負極時，充電過程中鋅會沉積在石墨氈纖維交錯部位，不利于放電時鋅的溶解，導致容量的降低，影響電池的性能。

發明內容

本發明目的是為了解決現有的鈰鋅液流電池負極板鋅片容易溶解的問題，而提供一種鈰鋅氧化還原液流電池復合負極板及其制備方法。

本發明首先提供一種鈰鋅氧化還原液流電池復合負極板，該復合負極板包括金屬鈦板和表面活性層，所述的表面活性層由粘結劑、活化劑和添加劑組成，所述的粘結劑為聚偏氟乙烯(PVDF)或聚四氟乙烯(PTFE)，活化劑為鋅粉和導電材料的混合物，添加劑為氧化銦、氧化錫、氧化鉍、氧化鈦或氧化鈰中的一種或幾種，所述的粘結劑、活化劑和添加劑重量份數比為（5～15）：（50～90）：（5～50）。

優選的是，所述的活化劑中鋅粉和導電材料的重量份數比為（1～5）：1。

優選的是，所述的導電材料選自活性炭、石墨烯或乙炔黑中的一種或幾種。

優選的是，所述的粘結劑、活化劑和添加劑重量份數比為（5～10）：（60～80）：（20～40）。

優選的是，所述的表面活性層在金屬鈦板表面的涂量為50～300mg/cm²。

本發明還提供一種鈰鋅氧化還原液流電池復合負極板的制備方法，包括如下：

1)按照重量分數計，將粘結劑、活化劑和添加劑混合，得到活性層漿料；所述的粘結劑為聚偏氟乙烯(PVDF)或聚四氟乙烯(PTFE)，活化劑為鋅粉和導電材料的混合物，添加劑為氧化銦、氧化錫、氧化鉍、氧化鈦或氧化鈰中的一種或幾種，所述的粘結劑、活化劑和添加劑重量份數比為（5～15）：（50～90）：（5～50）；

2）將步驟1）得到的活性層漿料涂覆在金屬鈦板的一側，真空烘干后得到鈰鋅氧化還原液流電池復合負極板。

優選的是，所述的活化劑中鋅粉和導電材料的重量份數比為（1～5）：1。

優選的是，所述的導電材料選自活性炭、石墨烯或乙炔黑中的一種或幾種。

優選的是，所述的粘結劑、活化劑和添加劑重量份數比為（5～10）：（60～80）：（20～40）。

優選的是，所述的表面活性層在金屬鈦板表面的涂量為50～300mg/cm²。

本發明的有益效果

本發明首先提供一種鈰鋅氧化還原液流電池復合負極板，該復合負極板是在耐蝕性較高的金屬鈦板表面涂覆高活性層，由于金屬鈦板力學性能較高，有利于電池堆組裝，活性層具有較高的電導率和高的析氫過電位，所述的活化劑為鋅粉和導電材料的混合物，鋅粉的加入是保證鋅在沉積時，電極表面已經有較多的成核點，從而可以節約鋅的沉積準備時間，提高鋅的沉積效率，導電材料的添加不僅可以提高電極的活性，還可以提高電極的導電性，降低電池的內阻，提高電池效率；添加劑作用主要是提高電極的析氫過電位，抑制鋅枝晶的形成和優化電池充放電過程的截面電流分布。與目前使用的石墨類電極和金屬鋅電極相比，本發明的復合負極板具有電化學活性高、析氫電位高，可明顯提高電池的能量效率和使用壽命，實驗結果表明：本發明的復合負極板組裝成電池，使用100mA電流進行充放電測試，電池的循環次數達到550次以上，電池平均電壓效率為88.4%，平均庫倫效率為96.4%，平均能量效率為82.9%。

本發明還提供一種鈰鋅氧化還原液流電池復合負極板的制備方法，該方法利用粘結劑聚偏氟乙烯(PVDF)或聚四氟乙烯(PTFE)將活性較高的鋅粉以及導電材料，配合適量的氧化鉍、氧化銦、氧化鈦、氧化鈰等添加劑，涂覆在耐蝕性較高的鈦或鈦金屬合金材料板，制備鈰鋅液流電池復合負極板，該制備方法工藝簡單、成本低廉。

附圖說明

圖1為本發明的鈰鋅氧化還原液流電池復合負極板單片電極示意圖；