[發明專利]一種液流電池用催化劑原位制備裝置及催化劑制備方法

在審

• 申請號: 202011026015.7
• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN112164805A
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 曾義凱
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M8/18;H01M8/2465;C25D21/00;C25D5/18
• 代理公司: 成都東恒知盛知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 51304
• 代理人: 何健雄;廖祥文

1.一種液流電池用催化劑原位制備裝置，其特征在于，所述液流電池用催化劑原位制備裝置包括：負極多孔電極(1)、隔膜(2)、正極多孔電極(3)、負極集流體(4)、正極集流體(5)、正極電解液儲液罐(6)、正極側管路(7)、正極側驅動泵(8)、負極電解液儲液罐(9)、負極側驅動泵(10)、負極側管路(11)、電鍍儲液罐(12)、電鍍旁管路(13)、負極側管路(14)、負極電解液閥門(15)、電鍍旁路閥門(16)、負極電解液閥門(17)，所述隔膜(2)將電池分隔為彼此相互獨立的正極側和負極側，所述負極多孔電極(1)與負極集流體(4)相連，所述正極多孔電極(3)與正極集流體(5)相連，正極側與正極電解液儲液罐(6)構成閉合回路，正極電解液在正極側驅動泵(8)的作用下經由正極側管路(7)通過正極多孔電極(3)循環流動，參與化學反應，形成正極半電池，負極側和負極電解液儲液罐(9)構成閉合回路，負極電解液在負極側驅動泵(10)的作用下經由負極側管路(11)和負極側管路(14)，在負極電解液閥門(15)和(17)打開的狀態下，通過負極多孔電極(1)循環流動，參與化學反應，形成負極半電池，所述電鍍儲液罐(12)裝有電鍍液，電鍍液中含有催化劑前驅體鹽，負極電解液閥門(15)和(17)關閉時，電鍍旁路閥門(16)打開，電鍍液經由負極側管路(11)和電鍍旁管路(13)，在負極側驅動泵(10)的作用下，流經負極多孔電極(1)構成閉合回路，形成電鍍旁路循環，由正極半電池，負極半電池和電鍍旁路循環共同組成液流電池用催化劑原位制備裝置，通過電鍍旁路循環完成液流電池用催化劑原位制備。

2.一種液流電池用催化劑原位制備方法，其特征在于，所述催化劑原位制備方法為：電鍍開始前，電鍍儲液罐(12)中，裝有電鍍液，電鍍液中包含有催化劑前驅體鹽，將負極電解液閥門(15)和(17)關閉，同時將電鍍旁路閥門(16)打開，電鍍儲液罐(12)中裝有的電鍍液及電鍍液中含有的催化劑前驅體鹽，經由負極側管路(11)和電鍍旁管路(13)，在負極側驅動泵(10)的作用下，流經負極多孔電極(1)構成閉合回路，形成電鍍旁路循環，在一定電流條件下進行電鍍，在負極多孔電極(1)上均勻的鍍上液流電池用催化劑，電鍍結束后，關閉電鍍旁路閥門(16)，打開負極電解液閥門(15)和(17)，使電池負極切換到負極側管路(11)和(14)，進行正常的充放電循環。

3.如權利要求2所述的一種液流電池用催化劑原位制備方法，其特征在于，所述催化劑原位制備方法中的電鍍儲液罐(12)中裝有的電鍍液中含有的催化劑前驅體鹽的濃度為2-50mmol，所述在負極多孔電極(1)上均勻鍍上催化劑的載量為0.2-10mg。

4.如權利要求2-3所述的一種液流電池用催化劑原位制備方法，其特征在于，所述催化劑原位制備方法可以為恒定電流法和間歇電流法。

5.如權利要求4所述的一種液流電池用催化劑原位制備方法，其特征在于，所述間歇電流法電鍍電流的開啟時間間隙為0.1-5秒，所述間歇電流法電鍍電流關閉時間間隙為1-10秒。

6.如權利要求4所述的一種液流電池用催化劑原位制備方法，其特征在于，所述間歇電流法電鍍電流密度為5-50mA cm^-2。

7.如權利要求4所述的一種液流電池用催化劑原位制備方法，其特征在于，所述間歇電流法重復數個周期電鍍后，當電鍍液中催化劑前驅體鹽濃度降為一定濃度時，改為恒電流電鍍，以恒電流電鍍直至電鍍液中催化劑前驅體鹽完全消耗。

8.如權利要求8所述的一種液流電池用催化劑原位制備方法，其特征在于，所述當電鍍液中催化劑前驅體鹽濃度降為初始濃度的30-80％時，改為恒電流電鍍，所述恒電流電鍍的電流強度為2-20mA cm^-2。

9.如權利要求1所述的一種液流電池用催化劑原位制備裝置，其特征在于，所述催化劑包括鉍，鉛，銦，鎘，銻及其合金。

10.如權利要求2-3所述的一種液流電池用催化劑原位制備方法，其特征在于，所述液流電池用催化劑制備可以是在液流電池充放電之前進行催化劑的原位電鍍，也可以是在液流電池經過一定時間的充放電運行后，催化劑形貌發生變化后，重新進行原位電鍍過程，所述液流電池經過一定時間的充放電運行后的原位電鍍方法為：先讓液流電池徹底放電，此時電解液荷電狀態為0％，再將負極電解液閥門(15)和(17)關閉，電鍍旁路閥門(16)打開，此時負極電鍍液通過負極側管路(11)和電鍍旁管路(13)，在負極側驅動泵(10)的作用下流經負極多孔電極(1)，之后，液流電池進一步放電，催化劑開始被氧化和溶解，待催化劑徹底溶解后，即可開始重新進行原位電鍍過程。