[發明專利]全釩液流電池用鎢基催化劑/納米碳纖維復合電極的制備方法

有效

• 申請號: 201410554470.2
• 申請日: 2014-10-20
• 公開（公告）號: CN104332638A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 劉建國;魏冠杰;嚴川偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

1.一種全釩液流電池用鎢基催化劑/納米碳纖維電極的制備方法，其特征在于，包括以下的步驟和工藝方法：

1)紡絲液的制備：將聚丙烯腈或聚乙二醇以一定的比例加入到二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中，水浴條件下攪拌均勻；

其中，聚丙烯腈的平均分子量為50000～200000，聚乙二醇的平均分子量為2000～10000，聚丙烯腈或聚乙二醇與二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺的質量比為5：95到20：80，水浴溫度為40～80℃；

2)將鎢鹽按比例加入到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，鎢鹽為含鎢的無機鹽或有機鹽中的一種或兩種以上，所加入的鎢鹽與溶液中的聚丙烯腈或聚乙二醇的質量比為1：100到10：1；

3)將2)得到的復合紡絲液利用靜電紡絲技術得到納米纖維膜，納米纖維膜的厚度為0.01～5毫米；

4)將3)得到的納米纖維膜經過氣氛爐進行預氧化及碳化；

其中，預氧化溫度為200～300℃，保溫時間為0.5～4小時；碳化溫度為600～1500℃，保溫時間為0.5～10小時，惰性保護氣氛為氮氣或者氬氣；

5)將4)所得的電極材料直接用去離子水清洗或超聲清洗；

其中，超聲時間為5～30分鐘。

2.根據權利要求1所述的全釩液流電池用鎢基催化劑/納米碳纖維電極的制備方法，其特征在于，步驟1)中，聚丙烯腈或聚乙二醇在二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的攪拌時間為0.5～24小時。

3.根據權利要求1所述的全釩液流電池用鎢基催化劑/納米碳纖維電極的制備方法，其特征在于，步驟2)中，鎢鹽在復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。

4.根據權利要求1所述的全釩液流電池用鎢基催化劑/納米碳纖維電極的制備方法，其特征在于，步驟2)中，含鎢的無機鹽或有機鹽包括鎢酸、鎢酸銨、鎢酸鈉、硅鎢酸或磷鎢酸。

5.根據權利要求1所述的全釩液流電池用鎢基催化劑/納米碳纖維電極的制備方法，其特征在于，步驟3)中，靜電紡絲工藝參數為：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，轉輥的轉速為100～1000轉/分鐘，針頭與轉輥之間的電壓為10～50千伏，針頭與轉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。

6.根據權利要求5所述的全釩液流電池用鎢基催化劑/納米碳纖維電極的制備方法，其特征在于，轉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。

7.根據權利要求1所述的全釩液流電池用鎢基催化劑/納米碳纖維電極的制備方法，其特征在于，步驟4)中，預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，惰性保護中的氣體流量為20～100毫升/分鐘。

8.根據權利要求1所述的全釩液流電池用鎢基催化劑/納米碳纖維電極的制備方法，其特征在于，步驟5)清洗之后的電極材料，在真空干燥箱或鼓風干燥箱中干燥，干燥溫度為50～100℃，保溫時間為12～48小時，烘干之后的電極材料厚度為0.01～3毫米。

9.根據權利要求1所述的全釩液流電池用鎢基催化劑/納米碳纖維電極的制備方法，其特征在于，最終的電極材料是由納米碳纖維纏繞而成的厚度可控的膜狀或塊體材料，或是含有氧化鎢催化劑的納米碳纖維纏繞而成的厚度可控的膜狀或塊體材料；該電極材料中，氧化鎢催化劑占1～10wt％。