[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

技術領域

本發明涉及電池制造及能源存儲領域，具體為一種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。

背景技術

全釩液流電池是一種利用釩離子不同價態的化學變化進行儲能的新型二次電池，其正負極活性物質均為釩的硫酸溶液，電極反應均發生于液相，極大的降低了電化學極化，其額定功率及額定功率均能單獨設計，通過更換電解液能達到瞬時充電，100％深度放電也不會對電池有所損害。基于以上優點，其可以廣泛應用于風能、太陽能等儲能、電網調峰、不間斷電源等方面。

目前，全釩液流電池所用的電極材料主要為碳素類的石墨氈或炭氈，該材料具有電阻率低、比表面積大、化學及電化學穩定等優點。但是，全釩液流電池電極反應在其表面的電化學活性較低，所以需要對石墨氈或炭氈進行活化處理來提高其電化學活性，進而提高電池性能。

如今，有很多針對炭氈或石墨氈電極材料的改性方法，其中包括液相或氣相化學處理、電化學處理、過渡金屬及其氧化物修飾，但是這些方法對于提高碳纖維的電化學活性很有限，而且容易破壞碳纖維的優異物理性能。另外，修飾在碳纖維上的過渡金屬及其氧化物不能長期存在其表面，電化學性能不穩定。

發明內容

本發明的目的在于提供一種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，解決現有技術中存在的全釩液流電池電極反應在電極材料表面活性低、電極材料的電催化性能不穩定等問題。

本發明的技術方案為：

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，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。

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，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。

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，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。

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，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。

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，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。

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，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。

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，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。