[發(fā)明專利]釩電池用一體化柔性電極及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510000731.0
• 申請日: 2015-01-04
• 公開（公告）號: CN104600322B
• 公開（公告）日: 2017-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王麗華;劉帥;劉必前
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及釩電池制造領(lǐng)域，具體為釩電池用一體化柔性電極及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著能源問題的日益嚴峻，各國都在大力發(fā)展綠色清潔能源，例如風能和太陽能等。但由于自然條件的限制，風電在輸運過程中存在著不穩(wěn)定和不連續(xù)的缺點，需要相應的儲能裝置相配合以保持穩(wěn)定的電能供應。全釩液流電池（VRB）是一種具有大容量、大功率、長壽命的新型儲能電池，通過不同價態(tài)的釩離子相互轉(zhuǎn)化實現(xiàn)電能的儲存與釋放，由于使用同種元素組成電池系統(tǒng)，可以避免交叉污染和自放電現(xiàn)象，適合大規(guī)模應用。目前在電站調(diào)峰、大規(guī)模光電轉(zhuǎn)換以及作為邊遠地區(qū)儲能系統(tǒng)或應急電源使用。

釩電池要實現(xiàn)大規(guī)模應用要求，需要進一步降低電池成本、提高電池穩(wěn)定性。對于釩電池的三大關(guān)鍵材料（電極、隔膜和電解液）來說，電極對于最終電池的的功率影響很大，核心問題就是降低電池電阻，提高電池功率。目前現(xiàn)有材料在電池裝配過程中需要很大壓力導致充放電過程中極化電阻很大，所以釩電池能否大規(guī)模應用關(guān)鍵在于降低接觸電阻。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種釩電池用一體化柔性電極及其制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中雙極板電阻率過高、雙極板與電極接觸電阻過大、以及能量效率低等問題。

本發(fā)明的釩電池用一體化柔性電極包括石墨烯填充的高分子溶液和電極，其中石墨烯填充的高分子溶液填充于電極中，再經(jīng)紅外燈干燥，甲醛或戊二醛交聯(lián)再烘干而制得，石墨烯填充的高分子溶液占電極體積的30～50%。

本發(fā)明的釩電池用一體化柔性電極的制備方法，具體步驟如下：

1）將電極浸泡到濃硫酸中1～5h，取出后放到60～70℃ 烘箱中干燥后備用；

2）將石墨烯粉末超聲波震蕩或高速攪拌器攪拌0.5～10h以均勻混到高分子溶液中，混合后靜置3～5h；

3）將步驟2）中制得的石墨烯高分子溶液均勻涂覆到經(jīng)步驟1）處理過的電極表面，涂覆厚度為50～250μm；

4）將步驟3）得到的電極放置到紅外燈下干燥30～120min；

5）將步驟4）得到的電極放到2～5wt%的甲醛或戊二醛溶液中交聯(lián)15～150min，取出后放到50～70℃烘箱中烘30～180min，即制得本發(fā)明的釩電池用一體化柔性電極。

所述的電極為碳纖維布或碳紙；

所述的碳纖維布或碳紙的厚度為0.1～0.5mm，碳纖維布的體積密度為99～130g/cm

所述的濃硫酸濃度為60～90wt％；

所述的石墨烯為氧化石墨烯；

所述的高分子溶液是將聚乙烯醇或聚苯胺溶解于溶劑中溶解制得的；

所述的聚乙烯醇或聚苯胺與溶劑的質(zhì)量比例為1:5～25，優(yōu)選的質(zhì)量比為1:8～15；

所述的溶劑為二甲基亞砜或水；

所述的石墨烯占高分子溶液總質(zhì)量的0.1～5％。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)勢：

1)本發(fā)明的釩電池用柔性電極是根據(jù)釩電池工作要求，選取了耐氧化性好的含石墨烯的高分子樹脂和柔性電極制備一體化電極，消除了雙極板和電極之間的接觸電阻，從而降低了電池電阻，提高了電池功率。

2)本發(fā)明的釩電池用一體化電極，由于電極和雙極板為一體，裝配過程中大大減少了壓緊力，同時可降低電池充放電過程中的極化電阻，提高了電池的充放電能力，最終提高釩電池的能量效率。

具體實施方式

實施例1

取碳纖維布(規(guī)格：300mm×寬200mm×厚0.6mm，體積密度130g/cm³)浸泡在65wt％的濃硫酸溶液中3h，取出后放置到60℃的烘箱中干燥后取出備用。將0.5g氧化石墨烯粉末利用超聲分散方法均勻分散到18wt％的聚乙烯醇水溶液(100g)中，超聲5h后靜置備用。將處理后的含氧化石墨烯的聚乙烯醇溶液均勻涂覆到處理后的碳纖維布上，涂覆厚度為50μm，然后在紅外燈下干燥40min。將干燥后的電極放到2wt％的甲醛溶液中交聯(lián)30min，然后放到60℃烘箱中干燥1后，得到釩電池用一體化柔性電極。

實施例2

取碳紙(規(guī)格：300mm×寬200mm×厚0.2mm，體積密度40g/cm³)浸泡在60wt％的濃硫酸溶液中2h，取出后放置到60℃的烘箱中干燥后取出備用。將1g氧化石墨烯粉末利用超聲分散方法均勻分散到20wt％的聚乙烯醇水溶液(100g)中，超聲5h后靜置備用。將處理后的含氧化石墨烯的聚乙烯醇溶液均勻涂覆到處理后的碳纖維布上，涂覆厚度為80μm，然后在紅外燈下干燥40min。將干燥后的電極放到3wt％的甲醛溶液中交聯(lián)20min，然后放到60℃烘箱中干燥1后，得到釩電池用一體化柔性電極。