[發明專利]一種全釩氧化還原電池電極材料的制備方法

有效

• 申請號: 202110239393.1
• 申請日: 2021-03-04
• 公開（公告）號: CN112897581B
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發明（設計）人: 付武祥
• 申請（專利權）人: 林源電力（南京）有限公司
• 主分類號: H01M4/96
• 分類號: H01M4/96;H01M8/18
• 代理公司: 廣州市紅荔專利代理有限公司 44214
• 代理人: 吳偉文

本發明公開了一種全釩氧化還原電池電極材料的制備方法，包括將聚丙烯腈加入到N,N?二甲基甲酰胺中，超聲溶解，在室溫下攪拌，然后將混合溶液移入到靜電紡絲注射泵中，在一定條件下靜電紡絲，得到聚丙烯腈納米纖維膜；將原硅酸四乙酯加入到無水乙醇中，在室溫下攪拌溶解，得到溶液I；將磷酸加入到去離子水中，攪拌溶解，得到溶液II，兩種溶液混合，得到二氧化硅溶膠；將聚丙烯腈納米纖維膜剪切成小塊，然后加入到二氧化硅溶膠中，劇烈攪拌，倒入模具，液氮冷凍干燥，得到金屬氧化物納米纖維氣凝膠；將成塊的金屬氧化物納米纖維氣凝膠放置在管式爐中，通入氮氣/一氧化碳混合氣體，煅燒碳化，冷卻后使用去離子水進行洗滌3次，烘干得到電極材料。

技術領域

本發明屬于全釩氧化還原電池電極材料技術領域，具體涉及一種全釩氧化還原電池電極材料的制備方法。

背景技術

全釩氧化還原液流電池(VRFB)通過正、負極電解活性物質發生可逆氧化還原反應，從而實現電能與化學能的轉換，具有電池功率與容量相互獨立，壽命長、可靠性高等優點。全釩氧化還原液流電池電解質溶液中活性物質由各價態釩組成，不同價態釩離子在電極表面發生氧化還原反應，實現電能和化學能的相互轉化，完成電能的儲存和釋放，其電極反應如下：

正極：

負極：

總反應：

聚丙烯腈碳氈是當前全釩氧化還原液流電池中使用最普遍的電極材料，是一種三維材料，對電解液流動產生的壓力較小，有利于活性物質的傳導，但因其較差的電化學性能制約其大規模商業化應用。為克服上述缺陷，許多研究對聚丙烯腈碳氈電極材料進行改性，包括金屬離子摻雜改性、非金屬元素摻雜改性等等。如由研究人員就將聚丙烯腈碳氈電極材料浸沒在三氧化二鉍溶液中，然后高溫煅燒進行改性，相比未處理的碳氈表現出更好的電化學性能。

發明內容

本發明的目的是提供一種全釩氧化還原電池電極材料的制備方法，其制備過程包括如下步驟：

S1：將聚丙烯腈加入到N,N-二甲基甲酰胺中，超聲溶解，然后金屬氧化物在室溫下攪拌1～2h，其中聚丙烯腈、N,N-二甲基甲酰胺和金屬氧化物的質量體積比為(4.4～5.7)g:(12～20)mL:(1.22～2.39)g，然后將混合溶液移入到靜電紡絲注射泵中，在注射距離為12～16cm，注射速率為3.6～3.8kV，注射電壓為23～26kV的條件下進行靜電紡絲，在接收輥上得到聚丙烯腈納米纖維膜。

S2：將原硅酸四乙酯加入到無水乙醇中，在室溫下攪拌溶解，得到溶液I；將磷酸加入到去離子水中，攪拌溶解，得到溶液II，兩種溶液混合攪拌30～40min，其中原硅酸四乙酯和磷酸的質量比為(0.92～1.14):(0.021～0.033)，得到二氧化硅溶膠。

S3：將聚丙烯腈納米纖維膜剪切成小塊，然后加入到二氧化硅溶膠中，在轉速為5000r/min的條件下劇烈攪拌40～60min，然后倒入模具中，在液氮條件進行冷凍干燥12～16h，得到金屬氧化物納米纖維氣凝膠。

S4：將成塊的金屬氧化物納米纖維氣凝膠放置在管式爐當中，通入含量比為95％：5％的氮氣/一氧化碳混合氣體，在260～290℃煅燒12～20h進行碳化后，冷卻后使用去離子水進行洗滌3次，然后在烘箱中80～90℃下烘干得到電極材料。

作為優選方案，上述所述的金屬氧化物為三氧化二鉍、三氧化鎢、二氧化錳、二氧化鉬、氧化鈰、氧化鑭或氧化鋯中的任意一種。

作為優選方案，上述所述原硅酸四乙酯和乙醇的體積比為(1.2～1.8):(6～10)；所述磷酸和去離子水的質量體積比為(1.05～1.15)g:(200～260)mL。

作為優選方案，上述所述的聚丙烯腈納米纖維膜和二氧化硅溶膠的質量比為(1～1.6):(6.9～8.2)。

本發明具有如下有益效果：