[發明專利]一種應用于鋅基液流電池的高性能復合電極及其制備方法

在審

• 申請號: 202310052679.8
• 申請日: 2023-02-02
• 公開（公告）號: CN116314861A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 孟琳;李森森;任忠山;劉學軍;陸克
• 申請（專利權）人: 江蘇恒安儲能科技有限公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/90;H01M8/0202
• 代理公司: 北京聯創佳為專利事務所(普通合伙) 11362
• 代理人: 郭防

本發明公開了一種應用于鋅基液流電池的高性能復合電極，所述高性能復合電極是將含氮有機物負載到碳氈上，并在氮氣保護下進行高溫處理得到導電碳氈，并將導電碳氈與導電塑料板復合在一起得到復合雙極板，最后復合雙極板一側的導電碳氈進行化學鍍，化學鍍的導電碳氈這一側為鋅側電極。本發明充放電電流密度最高達到30mA·cmsupgt;?2/supgt;，充電時間2h，電極面積100cmsupgt;?2/supgt;，電堆為四片單電池串聯，電極使用高性能復核電極，鋅溴液流電池在經過多次正常充放電循環后，電池平均能量效率最高能達到為80.1％。

技術領域

本發明屬于電池電極技術領域，特別是涉及一種應用于鋅基液流電池的高性能復合電極及其制備方法。

背景技術

新能源發電的裝機量日益增加。隨著風能發電、太陽能發電等清潔能源的發展，新能源發電的間歇性和波動性對電網穩定可靠運行帶來了比較大的沖擊。大規模儲能技術是解決該問題的重要手段之一，其中液流電池儲能技術是大規模長時儲能系統的代表技術。液流電池是一種新型蓄電儲能設備，一般具有壽命長，環境友好，安全性高等優點，主要應用于電網調峰、風能和太陽能等可再生能源發電等領域，可提高電網穩定性，保障電網安全。目前液流電池主要包括全釩液流電池、鋅溴液流電池、鐵鉻液流電池、鋅錳液流電池、鋅空氣液流電池等。與其他液流電池相比，鋅溴液流電池具有能量密度高，循環壽命長，成本低等特點。

鋅溴電池是由溴化鋅和一對電極組成的簡單電池，充電時，負極上析出鋅，在正極上生成的溴溶解在電解液中。放電時，負極上的鋅被氧化變成鋅離子，溴被還原成為溴離子，鋅溴液流電池結構如圖1所示。

鋅溴液流電池是由端電極，雙極板，隔膜等組成，結構如圖1所示。通過對電池關鍵材料的研究和開發，可以有效降低電池成本，提高電池的效率，改善電池的使用壽命和性能，從而具有極為重要的意義。

鋅溴液流電池電極作為系統的核心部分之一，其導電性能和容量對產品的大規模應用和長期運行起著至關重要的作用。鋅溴液流電池內部采用雙極性極板結構，即電極板的一面為本組單電池的負極，同時另一面也為下組單電池的正極。目前雙極板由導電塑料片材單面熱壓活性炭涂層制備而成，活性炭一面為溴測電極，另一面為鋅側電極。目前鋅側、溴側電極都存在一些不足：

(1)鋅側電極比較光滑，且沉積結構為電極平面，沉積機理為平面沉積，且面積相對較小，影響了鋅沉積速度和鋅沉積量，從而影響了鋅溴液流電池的容量，且鋅沉積不夠均勻，容易造成鋅枝晶生長甚至扎破隔膜引發電池自放電等問題；

(2)溴側電極表面電化學活性相對較低，無法滿足電池的高電流密度充放，從而影響電池充放電功率密度。

基于以上幾點問題，申請人針對開展高性能復合電極研發，希望開發一種合適的鋅溴液流電池高性能復合電極。由于鋅側電極鋅沉積空間直接影響鋅沉積量從而影響電池的容量，而鋅沉積有效活性點位會影響鋅沉積的速度和均勻性。之前提高電池容量是通過增大電極間距，但電極間距增大會造成電池內阻增大，從而造成電池電壓效率降低。所以申請人研發一種高性能復合電極，使鋅側電極具有較大的鋅沉積空間和較多的活性沉積點位，同時具備較小的電池內阻；溴側電極具有較高的電化學活性。

目前，現有專利中并無針對鋅側電極鋅沉積空間改善的相關專利，最接近的現有專利有申請號為CN113690455A的一種長壽命陽極電極材料及其制備方法，提到了使用金屬鹽通過在惰性氣體下高溫涂布于電池雙極板，但該專利使用的是金屬基體，所述基體為鈦或鈦合金平板、多孔鈦、鈦網、鈦氈，而非碳氈，也未使用含氮有機物對基體進行處理；申請號為CN108292772A的雙極板及包括該雙極板的氧化還原液流電池，提到了使用雙極板、碳氈和金屬顆粒制作液流電池，但未使用含氮有機物處理碳氈，也未使用惰性氣體進行高溫處理，其使用的金屬顆粒也無錫、鉍、鉛金屬。

發明內容

本發明的目的在于制備一種應用于鋅基液流電池的高性能復合電極，該高性能復合電極的鋅沉積均勻致密、且電池內阻小，提高電池的效率，改善電池的使用壽命和性能，并且制備方法成本低。