[發(fā)明專利]一種全釩液流電池用高活性不對稱電極及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410543082.4
• 申請日: 2014-10-15
• 公開（公告）號: CN104319409A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉建國;魏冠杰;嚴(yán)川偉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院金屬研究所
• 主分類號: H01M4/96
• 分類號: H01M4/96;H01M4/88
• 代理公司: 沈陽優(yōu)普達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

1.一種全釩液流電池用高活性不對稱電極，其特征在于：以碳納米管/納米碳纖維復(fù)合電極材料作為全釩液流電池的正極，鉍基催化劑/納米碳纖維復(fù)合電極材料作為全釩液流電池的負(fù)極。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全釩液流電池用高活性不對稱電極的制備方法，其特征在于，包括以下的步驟和工藝方法：

1)紡絲液的制備：將聚丙烯腈以一定比例加入到二甲基甲酰胺中，水浴條件下攪拌均勻；

其中，聚丙烯腈的平均分子量為50000～200000，聚丙烯腈與二甲基甲酰胺的質(zhì)量比為5：95到20：80，水浴溫度為40～80℃；

2)將鉍鹽或碳納米管按比例加入到1)所述的紡絲液中，通過攪拌或者超聲的方式使其分散均勻；

其中，所加入的鉍鹽或碳納米管與溶液中的聚丙烯腈的質(zhì)量比為1：100到10:1；

3)將步驟2)得到的復(fù)合紡絲液利用靜電紡絲技術(shù)得到納米纖維膜，納米纖維膜的厚度為0.01～5毫米；

4)將步驟3)得到的納米纖維膜經(jīng)過氣氛爐進(jìn)行預(yù)氧化及碳化；

其中，預(yù)氧化溫度為200～300℃，時間為0.5～4小時；碳化溫度為600～1500℃，時間為0.5～10小時，惰性保護(hù)氣氛為氮氣或者氬氣；

5)將步驟4)得到的碳納米管/納米碳纖維復(fù)合電極材料裝在全釩液流電池正極，鉍基催化劑/納米碳纖維復(fù)合電極材料裝在其負(fù)極。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全釩液流電池用高活性不對稱電極的制備方法，其特征在于，步驟1)中，聚丙烯腈在二甲基甲酰胺中的攪拌時間0.5～24小時。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全釩液流電池用高活性不對稱電極的制備方法，其特征在于，步驟2)中，鉍鹽或碳納米管在復(fù)合紡絲液中的攪拌時間為1～24小時，超聲時間為0.5～10小時。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全釩液流電池用高活性不對稱電極的制備方法，其特征在于，步驟2)中，鉍鹽為氯化鉍、硝酸鉍或檸檬酸鉍，碳納米管為單壁碳納米管或多壁碳納米管。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全釩液流電池用高活性不對稱電極的制備方法，其特征在于，步驟3)中，靜電紡絲工藝參數(shù)為：針頭孔徑為0.3～2.0毫米，注射器容量為5～500毫升，紡絲液流速為0.2～5毫升/小時，轉(zhuǎn)輥的轉(zhuǎn)速為100～1000轉(zhuǎn)/分鐘，針頭與轉(zhuǎn)輥之間的電壓為10～50千伏，針頭與轉(zhuǎn)輥上納米纖維膜收集板之間的距離為10～50厘米，紡絲溫度為20～50℃，紡絲濕度為20～70％RH。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的全釩液流電池用高活性不對稱電極的制備方法，其特征在于，轉(zhuǎn)輥上納米纖維膜的收集板為炭紙、石墨紙、炭布、鋁箔、錫箔、氧化鋁箔中的一種，炭紙、石墨紙的厚度為30～300微米，炭布的厚度100～1000微米，鋁箔、錫箔、氧化鋁箔的厚度為10～100微米。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全釩液流電池用高活性不對稱電極的制備方法，其特征在于，步驟4)中，預(yù)氧化處理的升溫速度為2～25℃/分鐘，碳化處理的升溫速度為2～25℃/分鐘，惰性保護(hù)中的氣體流量為20～100毫升/分鐘。

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全釩液流電池用高活性不對稱電極的制備方法，其特征在于，最終的全釩液流電池用電極是由碳納米管/納米碳纖維復(fù)合電極材料作正極，鉍基催化劑/納米碳纖維復(fù)合電極材料作負(fù)極的高活性不對稱電極。