[發(fā)明專利]一種液流電池用電極的處理方法

有效

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• 申請日: 2013-12-15
• 公開（公告）號: CN104716338A
• 公開（公告）日: 2015-06-17
• 發(fā)明（設計）人: 劉鑫;張華民;劉濤;李先鋒;鐘和香
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

技術領域

本發(fā)明涉及電極處理方法，具體涉及一種可以獲得較高電化學活性和親水性的全釩液流電池用電極材料的處理方法。

背景技術

全釩液流電池是一種新型電化學儲能裝置，由電池堆、正負電解液儲槽及其它輔助控制裝置組成。全釩液流電池除了具備一般氧化還原液流電池的特點外，以不同價態(tài)的釩離子溶液為電池正負極活性物質，消除了由于電解液交叉污染造成的電池失效；全釩液流電池在生產和使用過程中基本上不會產生對人體及環(huán)境有害的物質；同時全釩液流電池的價格便宜，能量效率高，使用壽命長，可靠性高，操作和維護費用低，是一種優(yōu)秀的儲能系統(tǒng)。

全釩液流電池的電極反應完全是液相反應，屬于第三類電極。電池中固體電極部分只提供反應界面和作為集流體。全釩液流電池采用硫酸溶液作為支持電解質，電極的工作環(huán)境為強酸介質。碳材料在硫酸溶液中具有較好的化學穩(wěn)定性、優(yōu)良的導電性，以及在較寬的電位范圍內表現(xiàn)為電化學惰性等，因而，全釩液流電池大多采用導電塑料板作為集流體、石墨氈提供反應界面的復合電極。在復合電極中的石墨氈具有三維孔狀結構，電解液可以流過其多孔的導電組織，為全釩液流電池的電極反應提供了高比表面積的電化學反應界面。

然而，目前使用的碳氈或石墨氈，親水性較差、電催化活性及可逆性也較差。為了提高碳氈或石墨氈電極的活性，現(xiàn)已使用多種方法對碳氈或石墨氈電極進行活化。常用的活化方法主要有：熱處理、濃硫酸處理、微波加熱處理等。現(xiàn)有技術存在的不足：常規(guī)熱處理方法，不能提高碳氈或石墨氈的親水性；濃硫酸處理采用的處理劑為濃硫酸，安全性差，且成本相對高；微波加熱處理設備成本較高，大規(guī)模生產較難實現(xiàn)。

發(fā)明內容

本發(fā)明主要解決的技術問題是現(xiàn)有全釩液流電池碳氈或石墨氈電極材料親水性差及電催化活性低的問題，同時克服現(xiàn)有技術的不足。

為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用的技術方案為,在預設活化溫度下，將水蒸氣通過碳氈或石墨氈材料，以增加碳氈或石墨氈表面的活性官能團，從而增大碳氈或石墨氈材料的親水性、電催化活性及可逆性。

首先將碳氈或石墨氈電極完全浸漬于去離子水中0.5-3h，取出烘干；將電極放入管式爐內的恒溫區(qū)加熱，在惰性氣體的保護下升溫至反應溫度700-900℃，然后采用鼓泡法于管式爐內通入水蒸氣，恒溫反應60-300min后停止通入水蒸氣，在惰性氣氛下冷卻至室溫。

所述惰性氣氛的氣體為氮氣、氬氣或氦氣中的一種或二種以上的混合氣體；

所述鼓泡法是通過惰性氣氛的氣體流經(jīng)去離子水，而后將其帶出的方法；

所述鼓泡法通入的水蒸氣溫度為20-50℃。

所述活化反應優(yōu)選溫度為800℃，優(yōu)選活化時間為120min。

烘干溫度80-120℃，時間12-48h。

本發(fā)明的有益效果:

1、本發(fā)明的活化后碳氈電極材料，在碳氈電極中碳纖維表面形成了不通透的孔洞，增大了反應面積，因而增大了電極的電催化活性。

2、本發(fā)明的活化后碳氈電極材料，改善了電極材料的親水性，使得電極表面更易于接觸電解液，增大了反應面積，進而增大了電極的電催化活性，從而提高了包含其的全釩液流電池的電壓效率和能量效率。

3、本發(fā)明的碳氈電極材料活化方法簡單易行，對設備無特殊要求，操作方便，成本低廉，具有較高實用價值，易于批量生產。

附圖說明

圖1是本發(fā)明鼓泡法活化裝置示意圖；

1惰性氣體；2石英管；3管式爐；4干燥管；5去離子水；6碳氈材料；7熱電偶

圖2是未處理碳氈和本發(fā)明實施例1中活化處理后碳氈的SEM圖；

（a）未處理炭氈、（b）活化處理后碳氈

圖3是本發(fā)明實施例1中水蒸氣活化后碳氈的循環(huán)伏安曲線圖；

圖4是本發(fā)明實施例1中水蒸氣活化后碳氈在不同電流密度下的充放電曲線圖；

圖5是本發(fā)明實施例2中水蒸氣活化后碳氈的循環(huán)伏安曲線圖；

圖6是本發(fā)明實施例3中水蒸氣活化后碳氈的循環(huán)伏安曲線圖。

具體實施方式

下面通過具體實施例詳述本發(fā)明。

實施例1

將碳氈剪切成尺寸為3cm×4cm×8mm的小塊，完全浸漬于去離子水中1h，取出，烘干24h。