[發(fā)明專利]過(guò)渡金屬硫化物改性電極及其制備方法與應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210324474.6
• 申請(qǐng)日: 2022-03-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114614030A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁美;閆蘇;賈傳坤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長(zhǎng)沙理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/88
• 分類號(hào): H01M4/88;H01M4/90;H01M4/96;H01M8/18
• 代理公司: 西安知誠(chéng)思邁知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61237
• 代理人: 何秀娟

本發(fā)明公開(kāi)了過(guò)渡金屬硫化物改性電極及其制備方法與應(yīng)用，其中方法為：將原始碳?xì)洲D(zhuǎn)移至馬弗爐中，對(duì)原始碳?xì)诌M(jìn)行熱處理，得到預(yù)處理的碳?xì)郑煌ㄟ^(guò)固相法、電沉積法、電沉積復(fù)合固相法或者水熱法中的任一種方法，對(duì)預(yù)處理的碳?xì)诌M(jìn)行過(guò)渡金屬硫化物的負(fù)載；負(fù)載過(guò)渡金屬硫化物的碳?xì)衷诘獨(dú)鈿夥障拢郎刂?00℃~800℃，保溫2h~4h，所得產(chǎn)物即為過(guò)渡金屬硫化物改性電極。本發(fā)明過(guò)渡金屬硫化物改性電極具有良好的親水性，促進(jìn)了電極反應(yīng)中活性物質(zhì)的傳輸，對(duì)多硫化物起到良好的催化活性，促進(jìn)多硫化物之間的轉(zhuǎn)換，提高多硫體系的電池性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氧化還原液流電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及過(guò)渡金屬硫化物改性電極及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

氧化還原液流電池（RFBs）具有功率和能量獨(dú)立、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單靈活、循環(huán)壽命長(zhǎng)、可快速充放電、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有潛力的大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，其能夠與風(fēng)電、光伏等可再生能源發(fā)電過(guò)程配套，用于電網(wǎng)調(diào)峰并提高電網(wǎng)穩(wěn)定性和安全性，是規(guī)模化蓄電技術(shù)的首選。相較于傳統(tǒng)的全釩液流電池（VFBs），基于多硫氧化還原電對(duì)的液流電池體系具有資源豐富、成本低廉的特點(diǎn)，受到了廣泛關(guān)注。在多硫體系中，負(fù)極電解液為含有多硫化物(S^2-/S_x^2-)的溶液，正極電解液多為含[Fe(CN)₆]^3-/[Fe(CN)₆]^4-或I^-/I^3-的溶液，正負(fù)極電解液腐蝕性小，從而極大地提高了液流電池的壽命。

電極是影響液流電池能量密度、功率密度和儲(chǔ)能效率的關(guān)鍵，通常采用碳?xì)值茸鳛橐毫麟姵仉姌O。碳?xì)蛛姌O對(duì)于多硫電對(duì)的電化學(xué)氧化還原反應(yīng)催化性能差，影響液流電池性能。

因此，亟待構(gòu)筑一種高效電催化電極材料，增強(qiáng)氧化還原電對(duì)的電催化轉(zhuǎn)化效率，降低氧化還原反應(yīng)的過(guò)電位和抑制副反應(yīng)的發(fā)生，提高多硫體系性能。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了過(guò)渡金屬硫化物改性電極及其制備方法與應(yīng)用，過(guò)渡金屬硫化物改性電極具有良好的親水性，促進(jìn)了電極反應(yīng)中活性物質(zhì)的傳輸，其次過(guò)渡金屬硫化物可以對(duì)多硫化物起到良好的催化活性，促進(jìn)多硫化物之間的轉(zhuǎn)換，提高多硫體系的電池性能，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的多硫體系液流電池電極影響電池系統(tǒng)電化學(xué)性能的問(wèn)題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，過(guò)渡金屬硫化物改性電極的制備方法，包括以下步驟：

S1，將原始碳?xì)洲D(zhuǎn)移至馬弗爐中，空氣氣氛中，在200℃~400℃的溫度條件下，對(duì)原始碳?xì)诌M(jìn)行熱處理4h~8h，得到預(yù)處理的碳?xì)郑愿纳圃继細(xì)值挠H水性；原始碳?xì)钟H水性比較差，無(wú)法直接浸入溶液中，碳?xì)植活A(yù)先熱處理直接進(jìn)行S2，一方面會(huì)在電沉積和/或水熱過(guò)程中造成產(chǎn)物負(fù)載不均勻，更重要的是直接影響過(guò)渡金屬硫化物改性電極在液流電池系統(tǒng)中的應(yīng)用；

S2，通過(guò)固相法、電沉積法、電沉積復(fù)合固相法或者水熱法中的任一種方法，對(duì)預(yù)處理的碳?xì)诌M(jìn)行過(guò)渡金屬硫化物的負(fù)載；所述過(guò)渡金屬硫化物包括二硫化鉬、硫化鎳、硫化鈷、二硫化亞鐵或硫化銅；

S3，負(fù)載過(guò)渡金屬硫化物的碳?xì)衷诘獨(dú)鈿夥障拢郎刂?00℃~800℃，保溫2h~4h，所得產(chǎn)物即為過(guò)渡金屬硫化物改性電極。S3步驟的設(shè)置，一方面可解決硫源過(guò)量的問(wèn)題，另一方面可提高過(guò)渡金屬硫化物的結(jié)晶程度，進(jìn)一步提高產(chǎn)品性能。

進(jìn)一步地，S2中，固相法具體為：將預(yù)處理的碳?xì)帧⑦^(guò)渡金屬化合物、硫粉以（0.5~1）：1：1的質(zhì)量比轉(zhuǎn)移至管式爐內(nèi)，在氮?dú)鈿夥障拢郎刂?00℃~700℃，保溫2h~4h，所得產(chǎn)物即為負(fù)載過(guò)渡金屬硫化物的碳?xì)帧Ｍㄟ^(guò)固相法對(duì)碳?xì)直砻尕?fù)載過(guò)渡金屬硫化物，操作過(guò)程簡(jiǎn)單方便。