[發(fā)明專利]一種電極材料在鋅溴單液流電池中的應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811430552.0
• 申請日: 2018-11-28
• 公開（公告）號: CN111244489B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 苑辰光;李先鋒;鄭瓊;張華民;劉新運;鄭建偉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院大連化學物理研究所;華秦儲能技術(shù)有限公司
• 主分類號: H01M4/96
• 分類號: H01M4/96;H01M8/18
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發(fā)明涉及鋅溴液流電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電極材料在鋅溴單液流電池中的應用，包括一節(jié)單電池或由二節(jié)以上電池串聯(lián)而成的電池組，單電池包括正極電極框、正極、隔膜、負極、負極電極框，正極材料為將預氧氈經(jīng)過碳化、高溫石墨化、活化處理后得到的活化石墨氈，負極材料為將預氧氈經(jīng)過碳化后得到的碳氈。本發(fā)明提出了一種長壽命鋅溴單液流電池，該方法在負極電極制備時只經(jīng)過碳化處理，而無高溫石墨化以及硫酸氧化活化過程，電極表面無多余含氧官能團生成，電極表面更加均勻。另一方面，電極沒有經(jīng)過硫酸活化，其活性較低，使得鋅的沉積速率減緩，更加有利于提高鋅的沉積均勻性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋅溴液流電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鋅溴單液流電池。

背景技術(shù)

為解決風能、太陽能等可再生能源發(fā)電不連續(xù)的特點，大規(guī)模儲能技術(shù)已經(jīng)成為了人們關(guān)注的焦點。鋅溴單液流電池作為一種新型大規(guī)模儲能系統(tǒng)，具有能量密度高、成本低、可靠性強的優(yōu)勢。鋅溴單液流電池在工作時先將正極活性物質(zhì)灌入電極中封閉，充放電時循環(huán)泵驅(qū)動電解液在負極和電解液儲存罐之間進行循環(huán)流動。負極電解液流動可以有效的抑制鋅枝晶的產(chǎn)生，防止由于鋅枝晶刺透隔膜而造成電池短路。由于正極活性物質(zhì)密封在電池內(nèi)部，防止了正極充電態(tài)溴擴散到大氣中而造成的環(huán)境污染。

電極材料作為鋅溴單液流電池的核心部件，其優(yōu)劣程度直接決定了鋅溴單液流電池的壽命及效率。傳統(tǒng)的鋅溴單液流電池大多采用平板電極，但其比表面積低、電阻高等因素制約了鋅溴單液流電池技術(shù)的發(fā)展。碳氈作為一種具有較高導電性的多孔材料，可以給活性物質(zhì)提供可觀的反應位點，減小電化學極化。然而，人們的研究重點普遍在于提升碳氈的活性，增加其親水性，但是對于沉積性電池來說，在電極的活化處理中，電極表面的含氧官能團的不均勻性，也可能導致活性物質(zhì)在電極表面反應的不均勻，降低電池性能。除此之外，如果電極具有過高的反應活性，會導致鋅沉積的速率增快，進一步增加了鋅沉積的不均勻程度，降低了電池性能。本發(fā)明提供了一種可以使用未活化碳氈或未活化石墨氈作為負極材料的方法，在保證電池效率的同時，減緩鋅沉積的速率，增加了鋅沉積的均勻程度，提高了電池的循環(huán)壽命。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種電極材料在鋅溴單液流電池中的應用。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下：

包括一節(jié)單電池或由二節(jié)以上電池串聯(lián)而成的電池組，單電池包括正極電極框、正極、隔膜、負極、負極電極框，其特征在于：正極采用將預氧氈經(jīng)過碳化、高溫石墨化、活化處理后得到的活化石墨氈，負極材料為將預氧氈經(jīng)過碳化后得到的碳氈。活化過程為硫酸活化或水蒸氣、CO₂活化。正極預氧氈碳化過程為將預氧氈放置在溫度1000-1800℃炭化爐中處理5-10分鐘得到碳氈，高溫石墨化處理過程為將碳氈放置在溫度2000-3000℃石墨化爐中處理10-40秒得到石墨氈，硫酸活化過程為將石墨氈置于質(zhì)量濃度60-98％的硫酸溶液中浸泡24-48小時，取出用水洗滌后干燥得活化石墨氈，水蒸氣活化過程為將溫度為300-500℃的水蒸氣持續(xù)通入石墨氈中30-60分鐘，取出烘干后得到水蒸氣活化石墨氈。CO₂活化過程為將溫度為400-900℃的CO₂持續(xù)通入石墨氈中20-40分鐘，取出后得到CO₂活化石墨氈。負極預氧氈碳化過程為將預氧氈放置在溫度1000-1800℃炭化爐中處理5-10分鐘得到碳氈。電池由一節(jié)單電池或二節(jié)以上電池串聯(lián)而成的電池組、電解液儲存罐、循環(huán)泵和循環(huán)管路組成。隔膜為多孔膜。所述鋅溴單液流電池的正極和負極電解液均為溴化鋅溶液，溴化鋅濃度為2-4mol/L。

本發(fā)明的有益效果