[發明專利]一種全釩液流電池用負極電極及其制備方法及全釩液流電池

有效

• 申請號: 201810375402.8
• 申請日: 2018-04-24
• 公開（公告）號: CN108461758B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 劉素琴;劉炳君;袁修貴
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88;H01M4/90;H01M8/18
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 錢朝輝

本發明公開了一種全釩液流電池用負極電極，包括碳素電極基體及負載于所述碳素電極基體表面的催化劑，所述催化劑包括至少一種金屬?乙二胺四乙酸配合物，所述金屬為銅、鎳、鐵、鈷、釩、錫、鉍、鎢和鉬中的一種或多種。本發明還相應提供一種上述全釩液流電池用負極電極的制備方法，包括以下步驟：(1)活化碳素電極基體；(2)將金屬?乙二胺四乙酸配合物溶于有機溶劑中得到催化劑溶液，再將步驟(1)中經活化的碳素電極基體浸入催化劑溶液中，超聲負載后干燥即得到全釩液流電池用負極電極。本發明的全釩液流電池電化學活性高、動力學可逆性好、穩定性高。

技術領域

本發明屬于液流電池領域，尤其涉及一種全釩液流電池用電極及其制備方法及全釩液流電池。

背景技術

目前，世界各國均面臨著能源短缺的嚴峻問題，同時過度使用化石能源帶來的環境污染問題也亟待解決。因此，大力開發風能、太陽能、潮汐能等可再生能源，提高它們在能源消費中的比重，成為人類生存和社會發展進步的必然選擇。然而，可再生能源發電具有不穩定和不連續的缺點，達不到直接并網的標準，為了更穩定的使用可再生能源，一個有效、統一的解決方案是在傳統電力供應鏈條里引入大型儲能設備。在目前可用的儲能設備中，全釩液流電池具有容量和功率可調、大電流無損深度放電、運行安全、易操作和維護、使用壽命長、無環境污染等突出的優點。因此，全釩液流電池可應用于電能的平滑輸出、電力系統調頻、負荷管理及偏遠地區離網供電、通信基站電源和電動車充電站等諸多領域。

電極作為全釩液流電池的重要組件之一，現在廣泛使用的是具有高比表面積、高導電性且化學穩定性優異的碳素類電極。電解液中的釩離子在電極-電解液界面之間通過接受或給出電子來完成電池化學反應，進而實現電能與化學能之間的轉換而完成能量的存儲與釋放。全釩液流電池電極的基本要求可歸納如下：(1)電極本身不參與反應，它只為釩離子的氧化還原反應提供反應場所；(2)由于電解液由強酸組成，電極必須在高酸性環境下具有良好的化學穩定性；(3)電極須在電池的工作電位窗口內具有良好的電化學穩定性；(4)電極必須具有優良的電導率，用于電荷轉移反應的快速進行。

未處理的碳素類電極對于全釩液流電池氧化還原電對的電化學活性及動力學可逆性較差。在應用之前，一般需要對其處理，以獲得電化學活性高、副反應少、循環性能穩定的電極材料。因此，掌握一種提高電極材料親水性及其電化學活性的方法尤為重要。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服以上背景技術中提到的不足和缺陷，提供一種電化學活性高、動力學可逆性好、穩定性高的全釩液流電池用負極電極，并相應提供其制備方法及全釩液流電池。為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種全釩液流電池用負極電極，包括碳素電極基體及負載于所述碳素電極基體表面的催化劑，所述催化劑包括至少一種金屬-乙二胺四乙酸配合物，所述金屬為銅、鎳、鐵、鈷、釩、錫、鉍、鎢和鉬中的一種或多種。其中，金屬-乙二胺四乙酸配合物的結構示意如下：

其中，M為金屬。

上述全釩液流電池用負極電極中，優選的，負載于所述碳素電極基體表面的催化劑的量與碳素電極基體的質量比為0.005-0.06。質量比低于0.005時，負載的催化劑的量不夠，改性效果不好。質量比高于0.06時電化學性能提高不明顯或略有降低，主要原因是過多的催化劑負載使得催化劑密集堆積，可能會造成碳素電極孔道的堵塞，電解液在電極內的流通受阻，從而其電化學性能略有降低，但其性能仍高于未修飾碳素電極。

上述全釩液流電池用負極電極中，優選的，所述金屬為鉍、鎢與鎳中的一種或多種。選取金屬時首先考慮選取過渡金屬，因為過渡金屬元素具有能用于成鍵的空d軌道以及較高的電荷/半徑比，其很容易與配位體乙二胺四乙酸形成穩定的配位化合物。另外，金屬鉍是已知的具有杰出析氫抑制作用的金屬，鉍的加入可以有效地削弱全釩液流電池負極析氫副反應的發生。