[發明專利]一種全釩液流電池用復合電極以及使用該電極的全釩液流電池

有效

• 申請號: 201710967810.8
• 申請日: 2017-10-18
• 公開（公告）號: CN107768686B
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 崔光磊;韓鵬獻;姚建華
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M8/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種全釩液流電池用復合電極，該電極包括活性材料、輔助活性添加劑及粘結劑，其中活性材料為M_n+1C_nT_x（M為Sc、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta中的一種或多種，n=1，2，3，T為?OH或=O基團，x=0，1，2），輔助活性添加劑為氧化石墨、氧化石墨烯、氧化碳納米管、氧化碳纖維中的一種或多種；該復合電極的厚度為50~500μm。該復合電極導電性強、對釩液流電池正負極釩離子電對催化氧化還原性能優良，大大降低了氧化還原過程中的極化行為，極大提升了全釩液流電池的電壓效率。本發明還提供了一種利用該電極的全釩液流電池。

技術領域

本發明屬于全釩液流電池領域，具體地涉及一種全釩液流電池用復合電極以及使用該電極的全釩液流電池。

背景技術

全釩液流電池，是以VO²⁺/VO₂⁺和V²⁺/V³⁺電對分別作為電池的正極和負極活性物質的氧化還原液流電池，電池充放電時，電極反應過程如下：

式中V⁰ 為氧化還原電對相對于標準氫電極的標準電勢。

該電池系統組裝設計靈活，易于模塊組合,蓄電規模可大可小；可高速響應，高功率輸出；電池系統易于維護，安全穩定，環境友好，廣泛應用于電廠(電站) 調峰電源系統、大規模的光電轉換系統、風能發電的儲能電源以及邊緣地區儲能系統、不間斷電源或應急電源系統等。

目前，文獻報道的全釩液流電池電極主要采用碳素類材料有石墨板、石墨氈、碳氈等，這類材料雖然有較好的耐強酸腐蝕性，但材料但電壓效率低下（Skyllas-Kazacosm,Grossmith F. Efficient vanadium redox flow cell[J]. J. Electrochem. Soc.,1987, 134 (12) :2950 - 2953.）。金屬箔/網作為釩液流電池用正極材料可以提高機械強度，但如何使其保持較高的電化學活性，需要深入的展開工作。

發明內容

本發明為了解決上述存在的問題，提供了一種全釩液流電池用復合電極以及使用該電極的全釩液流電池。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種全釩液流電池用復合電極，該電極包括活性材料、輔助活性添加劑及粘結劑，其特征在于：活性材料通式為M_n+1C_nT_x，M為Sc、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta中的一種或多種，n=1，2，3，T為-OH或=O基團，x=0，1，2；輔助活性添加劑為氧化石墨、氧化石墨烯、氧化碳納米管、氧化碳纖維中的一種或多種；復合電極的厚度為50~500μm。

其中，所述復合電極中活性材料、輔助活性添加劑及粘結劑的質量比例為90~95:1~5:1~5。

其中，所述活性材料的形狀為顆粒、帶狀、薄片狀或纖維狀，尺寸范圍為1nm~100μm，比表面積為10~1000 m²/g。

其中，所述粘結劑為聚偏氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）、羧基丁苯乳膠（SBR）、羧甲基纖維素鈉（CMC）、Nafion溶液中的一種或多種。

其中，所述的釩液流電池用復合電極的復合方法可以采用“直接混捏+輥壓”法或者“混合溶液吸慮+輥壓”法，其中，“直接混捏+輥壓”為直接將活性材料、輔助活性添加劑及粘結劑按比例采用攪拌混合法形成漿料，采用刮涂法成膜，再經烘干、輥壓、成型、裁切后，得到復合電極；“混合溶液吸慮+輥壓”法為，先將活性材料、輔助活性添加劑及粘結劑按比例在水溶液中充分超聲攪拌混合，采用吸慮法成膜，再經烘干、輥壓、成型、裁切后，得到復合電極。