[發明專利]用于釩電池的電極及其生產方法

有效

• 申請號: 201711022839.5
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN107799780B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 李道玉;彭穗;龍秀麗;劉波
• 申請（專利權）人: 攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司
• 主分類號: H01M4/96
• 分類號: H01M4/96;H01M4/88;H01M4/86;H01M8/18
• 代理公司: 成都虹橋專利事務所(普通合伙) 51124
• 代理人: 林天福

本發明公開了一種用于釩電池的電極及其生產方法，屬于電極制備技術領域。提供一種結合牢固、使用壽命長的用于釩電池的電極以及在該電極的制備過程中，能降低反應活化能、在碳纖維氈上引入了能增強釩電池電對活性和增加碳纖維材料表面電子轉移的活性位點的含氮官能團的生產方法。所述的電極包括碳纖維氈與金屬元素，所述的金屬元素通過聚苯胺粘接在所述的碳纖維氈上。所述的生產方法使所述的電極以含釩的苯胺溶解液作為電化學聚合液，以水合肼稀釋液作為還原液，將碳纖維氈作為工作電極，通過電化學聚合和聚苯胺還原處理獲得。

技術領域

本發明涉及一種電極，尤其是涉及一種用于釩電池的電極，屬于電極制備技術領域。本發明還提供了一種用于制備所述電極的生產方法。

背景技術

作為釩電池最重要的部件之一，電極及其相關特性，包括成本和加工工藝等，已經成為了釩電池系統研究和發展的關鍵方面。目前，碳素類電極特別是聚丙烯腈基碳纖維氈在釩電池中性能最好，但其也并不能滿足釩電池需要，需要對石墨氈表面進行處理，以提高其性能。

常見的石墨氈處理方法有金屬離子修飾、酸處理、熱處理、氨化處理、電化學處理以及綜合處理等。目前比較成熟的處理方法如酸處理環境污染大，不易操作，熱處理耗能高，且二者在增加碳纖維氈活性的同時會破壞碳纖維氈表面的石墨層結構，使碳纖維氈的導電性能降低，金屬修飾容易引入一些對釩電池性能不利的雜質元素，氨化處理不易工業化生產等。這幾種常見的處理方法對官能團的含量和種類不是很好控制。隨著對碳纖維氈處理方法的深入研究發展，活性官能團的種類和含量對釩電池性能的影響都是比較明顯的。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種結合牢固、使用壽命長的用于釩電池的電極。本發明還提供一種制備所述電極的過程中，能降低反應活化能、在碳纖維氈上引入了能增強釩電池電對活性和增加碳纖維材料表面電子轉移的活性位點的含氮官能團的生產方法。

為解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種用于釩電池的電極，包括碳纖維氈與金屬元素，所述的金屬元素通過聚苯胺粘接在所述的碳纖維氈上。

進一步的是，所述的金屬元素為釩。

一種制備所述電極的生產方法，所述的電極以含釩的苯胺溶解液作為電化學聚合液，以水合肼稀釋液作為還原液，將碳纖維氈作為工作電極，通過電化學聚合和聚苯胺還原處理獲得。

進一步的是，在以含釩的苯胺溶解液作為電化學聚合液進行電化學聚合的過程中，還設置有作參比電極的飽和甘汞電極以及作對稱電極的鉑電極，所述的飽和甘汞電極、鉑電極以及碳纖維氈工作電極均插接在所述的苯胺溶解液中。

上述方案的優選方式是，在以水合肼稀釋液作為還原液還原聚苯胺的過程中，先將聚合了釩的碳纖維氈完全浸入蒸餾水中，然后按照碳纖維氈與水合肼的摩爾比為1﹕1.1～1﹕1.4加入水合肼，再在反應溫度為80～95℃，反應轉速為5～15轉/秒的條件下反應24～36小時后，冷卻至室溫完成聚苯胺的還原工作。

進一步的是，含釩的所述電化學聚合液的制取包括含釩凝膠的制備、苯胺乙醇溶解液制備以及將含釩凝膠溶入苯胺乙醇溶解液中制成所述的電化學聚合液幾個步驟。

上述方案的優選方式是，在制取所述的含釩凝膠時是按下述步驟進行的，取高純五氧化二釩，按固液體積比1﹕1～1﹕3的比例加入濃度為98％的濃硫酸中，待五氧化二釩加入完成后，再按體積為濃硫酸5～10倍的比例向該濃硫酸加入蒸餾水，然后以轉速為10～30轉/秒的速度進行攪拌直至體系冷卻至室溫。

進一步的是，在將含釩凝膠溶入苯胺乙醇溶解液中制取所述的電化學聚合液時是按下述步驟進行的，先將苯胺和乙醇按固液體積比1﹕3～1﹕8的比例混合均勻，然后加入與苯胺質量比為1％～5％的五氧化二釩凝膠，接著按體積比為1﹕1的比例用硫酸調節體系的pH至0～2混合均勻完成所述電化學聚合液的制取。