[發(fā)明專(zhuān)利]一種氫溴儲(chǔ)能電池用溴電極及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610040846.7
• 申請(qǐng)日: 2016-01-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105702977A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張林松;王懷宇;陳寧;王明友;宮惠峰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 邢臺(tái)職業(yè)技術(shù)學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): H01M8/0213
• 分類(lèi)號(hào): H01M8/0213;H01M4/86;H01M8/18
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及儲(chǔ)能電池領(lǐng)域，具體為一種氫溴儲(chǔ)能電池用溴電極及 其制備方法。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高,整個(gè)社會(huì)對(duì)電能的需 求越來(lái)越多。電能的存儲(chǔ)在電力系統(tǒng)調(diào)峰、軍事應(yīng)用、可再生能源儲(chǔ) 能等方面具有重大意義。因此開(kāi)發(fā)一種低成本、環(huán)境友好、可商業(yè)化 的大功率高效儲(chǔ)能技術(shù)，顯得尤為重要。氫溴儲(chǔ)能電池是利用氫氣和 溴的氧化還原反應(yīng)進(jìn)行能量?jī)?chǔ)存與轉(zhuǎn)換的二次能源系統(tǒng)，是一種高效 的儲(chǔ)能技術(shù)。工作時(shí)，溴電極電解液通過(guò)循環(huán)泵輸送到電池內(nèi)，在電 極上完成電化學(xué)反應(yīng)后流出電池回到儲(chǔ)液罐中，氫氣從儲(chǔ)氣罐中進(jìn)入 電池參加反應(yīng)或生成的氫氣被儲(chǔ)存在儲(chǔ)氣罐中。其電極反應(yīng)為：

正極反應(yīng)：

負(fù)極反應(yīng)：

在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，電池的正負(fù)極電勢(shì)差是1.098V。

與全釩液流電池相比，氫溴儲(chǔ)能電池具有充放電電流密度更大、 效率更高的優(yōu)點(diǎn)，可用于電站調(diào)峰、大規(guī)模風(fēng)能發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電的 儲(chǔ)能電源、不間斷電源以及邊遠(yuǎn)地區(qū)儲(chǔ)能系統(tǒng)。

溴電極是作為氫溴儲(chǔ)能電池關(guān)鍵材料之一，其性能的優(yōu)劣直接影 響電池的性能。目前，文獻(xiàn)報(bào)道的氫溴儲(chǔ)能電池使用的溴電極材料主 要為貴金屬催化劑如Pt、Ru、Ir及其氧化物或其混合物或其合金。 貴金屬的使用不可避免的提高了電池的制造成本，不利于大規(guī)模推廣 使用。

多孔碳材料具有電導(dǎo)率高、穩(wěn)定性好、耐腐蝕、孔隙率高等優(yōu)點(diǎn)， 將其作為溴電極使用而不使用貴金屬催化劑可以大幅降低氫溴儲(chǔ)能 電池的制造成本。但是多孔碳材料電化學(xué)活性較低，且其表面與電解 液的潤(rùn)濕性差，液體在其內(nèi)部流動(dòng)不暢，固液接觸面積小，所以需要 對(duì)其進(jìn)行表面處理，以提高其電化學(xué)活性和潤(rùn)濕性。目前對(duì)電極材料 進(jìn)行表面處理的方法主要有表面氧化改性、擔(dān)載金屬氧化物催化劑、 生長(zhǎng)碳納米管等方法。專(zhuān)利CN102136579A公開(kāi)了一種石墨氈表面 處理方法，通過(guò)過(guò)氧化氫或芬頓試劑增加碳纖維表面官能團(tuán)以提高電 化學(xué)活性，但無(wú)法解決石墨氈比表面積小的問(wèn)題，活性提高有限，并 且會(huì)造成材料的機(jī)械強(qiáng)度下降。專(zhuān)利104201396A公開(kāi)了一種鈰鋯 氧化物修飾碳電極制備方法，通過(guò)附著鈰鋯氧化物提高電化學(xué)活性、 提高液流電池放電性能。但制備的鈰鋯氧化物與碳材料之間結(jié)合力相 對(duì)較弱，易被沖刷流失。專(zhuān)利103682384A公開(kāi)了一種復(fù)合碳電極 的制備方法，將碳納米管陣列直接生長(zhǎng)的碳素基體上，得到的復(fù)合碳 電極比表面積、電化學(xué)活性明顯提高。但該制備方法需高溫反應(yīng)，能 耗和成本高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有氫溴儲(chǔ)能電池溴電極電化學(xué)活性低 而提供一種成本低廉、制備工藝簡(jiǎn)單的氫溴儲(chǔ)能電池溴電極，以提高 氫溴儲(chǔ)能電池的性能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種氫溴儲(chǔ)能電池用溴電極，包括多孔碳材料和其表面附著的催 化層，所述催化層由催化劑和粘結(jié)劑構(gòu)成。

所述多孔碳材料為石墨氈、炭氈、活性炭纖維氈、碳布或碳紙。

所述催化劑為炭黑、有序介孔碳、摻雜介孔碳中的任意一種或二 種混合物，所述粘結(jié)劑為Nafion、PVA中的任意一種。

所述的石墨氈為聚丙烯腈基石墨氈、粘膠基石墨氈、纖維素基石 墨氈、瀝青基石墨氈中的任意一種；所述的碳?xì)譃榫郾╇婊細(xì)帧? 粘膠基碳?xì)帧⒗w維素基碳?xì)帧r青基碳?xì)种械娜我庖环N。

所述催化層中催化劑和粘結(jié)劑的重量比為95:5～50:50。

所述催化層中催化劑的擔(dān)載量為0.5-10mgcm^-2，優(yōu)選2-5mg cm^-2。

一種氫溴儲(chǔ)能電池用溴電極制備方法，其制備工藝為：

(1)將多孔碳材料放入去離子水中超聲清洗20-40min，然后 放入無(wú)水乙醇中超聲清洗20-40min，最后于80-120℃烘干備用；

(2)將催化劑和粘結(jié)劑分散在分散體系中，使之形成均勻的墨 汁狀漿液；

(3)將預(yù)處理的多孔碳材料浸入墨汁樣漿液或?qū)⒛瓨訚{液噴 涂在多孔碳材料上，80～120℃干燥2～8h后即制得溴電極。

所述步驟(2)中的分散體系采用醇或水-醇體系。

本發(fā)明具有以下特點(diǎn)：

(1)本發(fā)明氫溴儲(chǔ)能電池用溴電極，采用的多孔碳材料，并且 多孔碳材料來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉，大大降低了電池成本，促進(jìn)氫溴儲(chǔ) 能電池的商業(yè)化應(yīng)用。