[發明專利]一種改性碳布的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 202011496010.0
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112234215B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 中海儲能科技（北京）有限公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/86;H01M4/96;H01M8/18
• 代理公司: 北京可專樂知識產權代理事務所(普通合伙) 11787
• 代理人: 王文紅

本發明提供一種改性碳布的制備方法及其應用。所述制備方法包括以下步驟：1）將鋅鹽、表面活性劑制成鋅鹽水溶液，將碳布浸入所述鋅鹽水溶液；2）步驟1）所得碳布干燥、焙燒；所述焙燒的溫度為150~400℃；3）步驟2）所得碳布用Nafion溶液進行修飾。本發明提出的改性碳布的制備方法，用鋅鹽和Nafion溶液修飾碳布，提高了碳布作為電極材料的導電型，從而降低了電池的內阻。

技術領域

本發明屬于能源材料技術領域，具體涉及一種電極材料的制備和應用。

背景技術

氧化還原液流電池是進年來備受關注的一種新型電池，該電池以液體電解液為電極活性物質，電池的結構材料可采用為碳材料、工程塑料等，價格低廉；電池可以做到極大的容量且安全有保證；因為電池的功率和容量互相獨立設計，因此充放電、調解容量都十分靈活。

液流電池的主要關鍵材料包括電極、隔膜和電解液。當前主要的電極材料是采用碳氈（例如專利CN201310115553.7-釩電池碳氈電極的處理方法、CN201610738841.1-釩氧化還原液流電池用電極及包含它的釩氧化還原液流電池 等），碳氈是以石墨化度較高的碳纖維制成，孔隙較大，用于液流電池可獲得較低的阻力降和電池內阻。

液流電池的結構是將電極置于隔膜的兩側，電極的外側（隔膜側記為內側）設置碳板、板框。碳氈的厚度大多在5-8mm之間，用單電池組成電堆，電堆的大小也受到碳氈厚度的影響。如果用厚度遠低于碳氈的碳布作為電池的電極材料，就可以大大減小電堆的厚度，相應地提高了電池的能量密度。

碳布是用高性能的碳纖維制造而成，按碳纖維種類可分成PAN基碳布、黏膠基碳布、瀝青基碳布三類。市面上碳布主要有兩種厚度：0.111mm和0.167mm。因此，用碳布代替碳氈是減小電堆尺寸的有效手段。但是現有碳布的主要應用領域尚未包括電極材料，碳布廠家主要致力于其機械強度等性能的改進，若將碳布用于電池，還需要對其電化學性能加以改進和提高。

發明內容

針對現有技術存在的不足之處，本發明的第一個目的是提出一種一種改性碳布的制備方法。

本發明的第二個目的是提供所述的改性碳布在鐵-鉻氧化還原液流電池中的應用。

實現本發明上述目的的技術方案為：

一種改性碳布的制備方法，包括以下步驟：

1）將鋅鹽、表面活性劑制成鋅鹽水溶液，將碳布浸入所述鋅鹽水溶液；

2）步驟1）所得碳布干燥、焙燒；所述焙燒的溫度為150~400℃；

3）步驟2）所得碳布用Nafion溶液進行修飾。

其中，所述鋅鹽為Zn(CH₃COO)₂·2H₂O、二水合檸檬酸鋅 、乳酸鋅、硫酸鋅中的一種或多種；所述表面活性劑為聚乙二醇、吐溫-20、吐溫-80、SDS（十二烷基硫酸鈉）、乙二醇、NPE 壬基酚聚氧乙烯醚、MMA 甲基丙烯酸甲酯中的一種或多種；

優選地，所述鋅鹽水溶液中，鋅鹽、表面活性劑、水的質量比為30-40:10-20:100。

其中， 步驟1）所述碳布先經過預處理，所述預處理為：在濃硫酸溶液中浸泡10~30小時，然后洗滌和干燥。

進一步地， 步驟2）所述焙燒的溫度為200~300℃，焙燒的時間為1~4小時。

用Nafion溶液修飾電極材料，多是用滴涂的方法。對于面積較大的碳布，滴涂不能做到均勻涂布；而Nafion溶液粘度大，也不能用噴涂。本方法優選以下的涂布方法：