[發(fā)明專利]一種納米碳纖維氈及其制備和在全釩液流電池中的應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410753324.2
• 申請日: 2014-12-10
• 公開（公告）號: CN105734831B
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發(fā)明（設計）人: 張華民;許馳;劉濤;聶紅嬌
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: D04H1/728
• 分類號: D04H1/728;D06C7/04;D06B3/10;H01M4/96;H01M4/88;H01M8/18;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發(fā)明公開了一種納米碳纖維氈及其制備和在全釩液流電池中的應用，納米碳纖維氈是以高分子聚合物做為碳源，以水溶性高分子為模板，經(jīng)靜電紡絲法制成，其中碳纖維的直徑在100?1000nm，比表面積為30?1000m².g^?1，孔隙率為90?95％。所述制備方法制備的納米碳纖維氈材料用于全釩液流電池電極，表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學性能，具有制備性能優(yōu)異、工藝簡單、工藝重復性好、成本低和環(huán)境友好等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碳材料的制備方法及其應用，特別是一種納米碳纖維氈材料及其在全釩液流電池上的應用

背景技術(shù)

能源和環(huán)境是21世紀人類面臨的兩大問題。隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，人類對能源的需求日益增多。不過傳統(tǒng)的化石能源一方面儲量有限，不能滿足社會發(fā)展的需求，另一方面化石能源的過度消耗帶來了嚴重的環(huán)境問題。為了解決能源短缺和環(huán)境污染的雙重難題，可再生的清潔能源，如太陽能和風能的開發(fā)至關(guān)重要。但是，太陽能發(fā)電和風能發(fā)電具有不連續(xù)不穩(wěn)定的特點，受自然環(huán)境影響較大。由于大規(guī)模儲能技術(shù)能夠解決這一問題，所以其受到廣泛研究。其中全釩液流電池技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢引領(lǐng)了電池行業(yè)的發(fā)展，并被廣泛應用。

全釩液流電池的電極材料是液流儲能電池中的關(guān)鍵材料之一，它自身不含活性物質(zhì)，不發(fā)生反應，但為溶解在液相中的活性物質(zhì)提供反應的場所，電池在電極材料表面完成電能-化學能之間的轉(zhuǎn)換。對于全釩液流體系，電池兩側(cè)發(fā)生的反應有：

正極：VO2++2H++e-＝VO2++H2O

負極：V3++e-＝V2+。

全釩液流體系要求電極材料具有以下性能：1.高催化活性，對兩側(cè)氧化還原電對具有良好的活性和可逆性，降低電池的電化學極化；2.高比表面積，為反應提供更多的活性位；3.良好的電子導電性，有利于降低電池的歐姆內(nèi)阻；較大的孔隙率并且表面具有親水性，便于電解液的擴散傳輸，降低電池的濃差極化。4.良好的機械性能及抗腐蝕性，耐流體的沖刷，能在強酸強氧化的環(huán)境中保持穩(wěn)定。5.成本低廉。

VRB電極材料大體上分為兩類：金屬類電極和碳素類電極。人們嘗試用金、鉛、鈦、鈦基鉑和鈦基氧化銥等作為VRB電極材料。VO2+/VO2+電對在金電極上表現(xiàn)出電化學反應不可逆性。鉛電極和鈦電極則容易在表面生成鈍化膜，導致電阻增大不利于反應的進一步進行。鈦基鉑電極避免了鈦電極表面生成鈍化膜的問題，在正負極均表現(xiàn)出較好的電化學活性。鈦基氧化銥(DSA)電極具有較高的可逆性。但高成本限制了這兩種電極的大規(guī)模應用。碳素類電極材料種類繁多，包括碳紙、碳布、碳氈、碳納米管等。這類電極材料電導率較高，化學、電化學穩(wěn)定性好，原料來源豐富，價格適中，是目前較理想的VRB電極材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種納米碳纖維氈及其制備和在全釩液流電池電極中的應用。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的的技術(shù)方案如下：

一種納米碳纖維氈，是以高分子聚合物做為碳源，以水溶性高分子為模板，經(jīng)靜電紡絲法制成，其中碳纖維的直徑在100-1000nm，比表面積為30-1000㎡.g^-1，孔隙率在90-95％；

所述的高分子聚合物為聚丙烯腈、聚乳酸、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一種或兩種以上；水溶性高分子聚合物為聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇中的一種或兩種。

其所述納米碳纖維氈材料的具體制備方法如下：

將高分子聚合物及水溶性高分子聚合物分別溶于溶劑中，在40-85℃下攪拌10-30h使其充分溶解；