[發明專利]應用于液流電池的多尺度多孔電極及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710960189.2
• 申請日: 2017-10-16
• 公開（公告）號: CN107863536B
• 公開（公告）日: 2020-03-10
• 發明（設計）人: 趙天壽;曾義凱
• 申請（專利權）人: 香港科技大學
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88;H01M4/96;H01M8/18
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 鄭彤;萬志香

1.一種應用于液流電池的多尺度多孔電極，其特征在于，包括碳纖維搭接、粘結或編織形成的多孔電極骨架，所述碳纖維的表面分布有二級孔，所述二級孔的內表面分布有三級孔；所述二級孔的直徑為50nm-500nm，孔深為50nm-500nm，孔間距為50nm-500nm；所述三級孔的直徑為5nm-10nm，孔深為10nm-30nm，孔間距為5nm-10nm。

2.根據權利要求1所述的應用于液流電池的多尺度多孔電極，其特征在于，所述碳纖維的直徑為2μm-20μm，長度為10μm-10mm。

3.權利要求1或2所述的應用于液流電池的多尺度多孔電極的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)將初始碳素材料浸入鎳鹽、鐵鹽或鈷鹽溶液中并進行超聲處理5-60min，溶液中鎳鹽、鐵鹽或鈷鹽的質量分數為3-30％；處理后于60-120℃烘干；

(2)將步驟(1)得到的碳素材料進行熱處理，氣氛為氮氣或惰性氣體和氧化性氣體混合氣體，氧化性氣體的體積分數為2-50％，升溫速率為2-10℃/min，熱處理溫度為500-900℃，熱處理時間為1-3h，熱處理后自然冷卻降到室溫；

(3)將步驟(2)得到的碳素材料于稀硝酸中反復洗凈，再放入堿溶液或堿金屬鹽溶液中浸漬；溶液中堿或堿金屬鹽的質量分數為5-70％，浸漬并超聲5-60min，取出烘干；

(4)將步驟(3)得到的碳素材料于惰性氣體氣氛中熱處理，升溫速率為2-10℃/min，熱處理溫度為600-900℃，熱處理時間為1-3h，熱處理后自然冷卻降到室溫；再依次用蒸餾水、稀硝酸清洗烘干，即得所述應用于液流電池的多尺度多孔電極。

4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述初始碳素材料選自碳氈、石墨氈、碳紙或碳布，厚度為0.1-3mm。

5.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述鎳鹽選自氯化鎳、醋酸鎳、甲酸鎳、硫酸鎳或硝酸鎳；所述鐵鹽選自氯化鐵、醋酸鐵、甲酸鐵、硫酸鐵或硝酸鐵；所述鈷鹽選自氯化鈷、醋酸鈷、甲酸鈷、硫酸鈷或硝酸鈷。

6.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述氧化性氣體為水蒸氣、氧氣或二氧化碳中的一種或幾種；所述惰性氣體為氦氣或氬氣。

7.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述堿溶液為氫氧化鋰、氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液，所述堿金屬鹽溶液為碳酸鋰、硫酸鋰、硝酸鋰、甲酸鋰、醋酸鋰、碳酸鈉、硫酸鈉、硝酸鈉、甲酸鈉、醋酸鈉、碳酸鉀、硫酸鉀、硝酸鉀、甲酸鉀或醋酸鉀溶液。

8.一種液流電池，其特征在于，包括權利要求1或2所述的應用于液流電池的多尺度多孔電極。

9.根據權利要求8所述的液流電池，其特征在于，所述液流電池選自全釩液流電池、鐵鉻液流電池、鐵釩液流電池、鋅溴液流電池、釩溴液流電池或釩鈰液流電池。