[發(fā)明專利]一種用于液-液型低共熔溶劑電解液液流電池的分段式電極

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202110066943.4
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112768705A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬強(qiáng);趙麗娟;徐謙;蘇華能
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/96;H01M8/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種用于液?液型低共熔溶劑液流電池的分段電極及電池，所述分段電極由多段不同電化學(xué)活性的電極單體按電化學(xué)活性沿著電解液流動的方向逐漸增大的方式排列而成。通過在反應(yīng)物進(jìn)口側(cè)設(shè)置較低活性的石墨或碳纖維電極，在反應(yīng)物出口側(cè)設(shè)置較高活性的石墨或碳纖維電極，可有效改善電解液的利用率，獲得整體性能分布更均勻的平面電極，進(jìn)而提高液流電池的功率密度和能量效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學(xué)儲能中的液流電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于液-液型低共熔溶劑電解液液流電池的分段式電極及應(yīng)用。

背景技術(shù)

化石能源的大量消耗造成了資源的短缺和環(huán)境的污染，為了解決這一問題開發(fā)了諸如風(fēng)能、太陽能這一類型的可再生能源。鑒于可再生能源存在電力輸出不連續(xù)不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，因而發(fā)展高效、低成本的儲能系統(tǒng)對于可再生能源的應(yīng)用來說至關(guān)重要。

在各種儲能技術(shù)中，液流電池技術(shù)由于輸出功率與儲能容量可調(diào)、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是大規(guī)模儲能技術(shù)中最具前景的技術(shù)。液流電池按照電解液可分為水系和非水系兩大類。其中水系液流電池由于能量密度低、電化學(xué)窗口窄在一定程度上限制了其商業(yè)化發(fā)展。非水系液流電池的電解液不僅可以提供較寬的電化學(xué)窗口，也可以提高電池的能量密度。

電極作為液流電池的關(guān)鍵組成部分，其電化學(xué)活性對電池性能也有一定的影響。但常用的石墨氈或碳?xì)蛛姌O由于電化學(xué)活性低，動力學(xué)可逆性差，親水性差等缺點(diǎn)限制了液流電池的能量效率和功率密度。為了提高電池的運(yùn)行性能，有必要提高電極的電化學(xué)活性。此外，隨著電池的持續(xù)運(yùn)行，電解液中的活性離子在從入口處到出口處的電化學(xué)反應(yīng)中不斷消耗，由于濃度的不同會在電池中產(chǎn)生不同的過電位，因而為了提高電極內(nèi)反應(yīng)的均勻性和降低過電位，利用分段電極的概念來提高平面電極的整體性能。

在目前已公開的專利申請中用到類似方法的主要有如公開號為CN 111509234A的中國專利申請所公開的在沉積型液流電池，利用梯度電極的孔隙率或沉積位點(diǎn)數(shù)目沿垂直于電極表面方向的變化，來促進(jìn)活性物質(zhì)的均勻沉積和抑制枝晶的生長。又如公告號為CN106558704B中國發(fā)明專利提及在全釩液流電池中通過將不同體密度的石墨纖維在垂直于電極表面的縱向方向上針刺成一體來降低電極本體電阻。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目在于提供了一種用于液-液型低共熔溶劑液流電池的分段式電極及應(yīng)用，來改善活性離子濃度從入口到出口的分布均勻性，獲得整體性能分布更均勻的平面電極，從而提高電池的功率密度和能量效率，本發(fā)明既能夠有效的提高電極的電化學(xué)活性，又可改善電解液的利用率，提高電池性能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種用于液-液型低共熔溶劑液流電池的分段電極，其特征在于，由多段電化學(xué)活性不同的電極單體組成，所述多段電極單體的電化學(xué)活性沿著電解液流動的方向逐漸增大。

進(jìn)一步的，所述電極單體的個(gè)數(shù)至少是兩個(gè)。

進(jìn)一步的，所述電極單體的基底材料為石墨氈、石墨纖維或碳纖維。

進(jìn)一步的，電化學(xué)活性不同的電極單體通過氧化處理、金屬化處理、金屬氧化物處理、雜原子摻雜、表面缺陷中的至少一種來處理獲得。

進(jìn)一步的，所述氧化處理為將基底材料置于馬弗爐中，以5℃/min的升溫速率升至400℃，保溫120min。

進(jìn)一步的，所述金屬氧化物處理處理為：將基底材料浸泡于九水硝酸鉻溶液中，同時(shí)施加超聲波處理后，取出在烘干箱中干燥8h；再將放置在馬弗爐中，以5℃/min的升溫速率升至400℃，保溫120min，進(jìn)行熱處理；最后在氮?dú)鈿夥障?，?℃/min的升溫速率升溫到500℃煅燒5h，最終得到由金屬氧化鉻負(fù)載的石墨氈電極。

由所述分段電極組成的液-液型低共熔溶劑液流電池。