一種全釩液流電池電極材料的制備方法技術

本發明專利技術屬于液流電池電極制備技術領域，公開了一種全釩液流電池電極材料的制備方法。包括碳氈親水處理、碳氈浸泡緩沖溶液處理、碳氈碳化處理，本發明專利技術單寧酸

【技術實現步驟摘要】
一種全釩液流電池電極材料的制備方法


[0001]本專利技術屬于液流電池電極制備
，具體涉及一種全釩液流電池電極材料的制備方法。

技術介紹

[0002]在全釩液流電池中，電極主要提供氧化還原反應的活性位點，除此之外，還必須要有優良的導電性和電化性穩定性。由于聚丙烯腈基碳氈的導電性優于粘膠基碳氈，目前全釩液流電池中使用的電極材料主要是聚丙烯腈基的碳氈、石墨氈、碳布、碳紙等材料，其中石墨氈、碳氈由于其高孔隙率應用最為廣泛。為了提高電極材料的電化學活性和改善疏水性，提出的活化方案：專利CN113809338A通過石墨烯摻雜及多巴胺改性，在一定程度上提高石墨氈的比表面積和表面能，提高電極材料的親水性和電化學活性。專利CN106450351A通過氣相沉積階段引入的碳納米管呈現有序排列，可以將碳納米管上引入的官能團最大化的呈現出來，但是多巴胺、碳納米管、石墨烯等價格昂貴，制備工藝復雜并不適合工業化生產。因此開發一種原料價格低廉，工藝簡單，涂層均勻穩定的電極是該領域研究人員的研究方向。

技術實現思路

[0003]為了克服現有技術的不足，本專利技術提供一種全釩液流電池的電極材料的制備方法，使用單寧酸
?
聚乙烯亞胺改性電極材料，具有優良的電化學活性，增加了電池容量，提高了電池的效率。
[0004]本專利技術的上述目的是通過以下技術方案實現的：一種全釩液流電池的電極材料的制備方法，具體步驟如下：
[0005]1.碳氈親水處理：將碳氈懸掛于馬弗爐中，在空氣氛圍、溫度300～600℃下熱處理3h；
[0006]2.配置pH值為8.5的三羥甲基氨基甲烷
?
稀鹽酸緩沖溶液，取上述緩沖溶液100mL，將步驟1制備的碳氈浸泡在100mL緩沖溶液中，隨之添加0.1～0.2g的單寧酸和0.1～0.2g聚乙烯亞胺共沉積，在25～40℃恒溫條件下，空氣氛圍下中使用磁力攪拌器攪拌6～12h后取出，放入烘箱中70℃下烘干多余水分；
[0007]3.將步驟2處理后的碳氈放入管式爐中，在惰性氣體氛圍下以5℃/min升溫至800～900℃高溫碳化處理1.5h，得到單寧酸
?
聚乙烯亞胺改性電極材料。
[0008]進一步的，步驟1所述碳氈裁剪為3cm
×
3cm后懸掛于馬弗爐中。
[0009]進一步的，步驟3所述惰性氣體為氮氣或氬氣其中一種。
[0010]本專利技術與現有技術相比的有益效果是：
[0011]多巴胺由于常溫常壓能下能自聚合形成聚多巴胺，具有強粘附性，高溫處理后獲得碳層，操作簡單且高效，是碳纖維表面包覆的研究熱點。但多巴胺價格高昂，不適合量產。而單寧酸作為植物多酚類物質，廣泛存在于自然界的植物中，價格低廉，且具有與多巴胺有
類似結構，是多巴胺的優良替代品，在工廠生產等需大批量使用環境中具有良好的發展潛力。
[0012]由于聚乙烯亞胺可以與單寧酸交聯，通過席夫堿/邁克爾加成反應提供大量氨基，與單寧酸的鄰苯二酚、鄰苯三酚形成強共價鍵，加速聚合過程，增加了碳纖維上沉積層的均勻性和穩定性。
[0013]碳纖維表面光滑，疏水性強，活性官能團含量較少，用于液流電池電極材料存在電池容量、效率較低等缺點，而目前很多對碳纖維的改性方法都存在易脫落、均勻性較差等問題。通過單寧酸
?
聚乙烯亞胺共沉積，整體工藝簡單，操作條件可控，令碳纖維表面的沉積層具有良好的親水性和黏附性，高溫碳化后獲得均勻的碳包覆層，具有良好的潤濕性，促進了液體的流動，高的比表面積，提高了反應面積。因此單寧酸
?
聚乙烯亞胺改性電極材料，具有優良的電化學活性，增加了電池容量，提高了電池的效率。
具體實施方式
[0014]下面通過具體實施例詳述本專利技術，但不限制本專利技術的保護范圍。如無特殊說明，本專利技術所采用的實驗方法均為常規方法，所用實驗器材、材料、試劑等均可從商業途徑獲得。
[0015]實施例1
[0016]首先裁剪3cm
×
3cm碳氈，在馬弗爐中空氣氛圍下，500℃熱處理3h，制備熱處理碳氈；配置三(羥甲基)氨基甲烷
?
稀鹽酸緩沖溶液，調整pH值為8.5，將制備的預備氈浸泡在100mL的緩沖溶液中，隨之將0.1g單寧酸、0.2g聚乙烯亞胺溶解于緩沖溶液中，在常溫空氣氛圍下中使用磁力攪拌器攪拌6h后取出，放入烘箱中70℃下烘干，然后放入管式爐中，氮氣氛圍條件，以5℃/min升溫至800℃高溫碳化處理1.5h，得到單寧酸
?
聚乙烯亞胺改性電極材料，將得到的碳氈組裝單電池，對比未經改性的原氈，在200mA/cm2條件下，能量效率提高6.3％。
[0017]實施例2
[0018]首先裁剪3cm
×
3cm碳氈，在馬弗爐中空氣氛圍下，500℃熱處理3h，制備熱處理碳氈；配置三(羥甲基)氨基甲烷
?
稀鹽酸緩沖溶液，調整pH值為8.5，將制備的預備氈浸泡在100mL的緩沖溶液中，隨之將0.2g單寧酸、0.1g聚乙烯亞胺溶解于緩沖溶液中，在40℃恒溫，空氣氛圍下中使用磁力攪拌器攪拌8h后取出，放入烘箱中70℃下烘干，然后放入管式爐中，氮氣氛圍條件，以5℃/min升溫至800℃高溫碳化處理1.5h，得到單寧酸
?
聚乙烯亞胺改性電極材料，將得到的碳氈組裝單電池，對比未經改性的原氈，在200mA/cm2條件下，能量效率提高8.5％。
[0019]實施例3
[0020]首先裁剪3cm
×
3cm碳氈，在馬弗爐中空氣氛圍下，500℃熱處理3h，制備熱處理碳氈；配置三(羥甲基)氨基甲烷
?
稀鹽酸緩沖溶液，調整pH值為8.5，將制備的預備氈浸泡在100mL的緩沖溶液中，隨之將0.2g單寧酸、0.2g聚乙烯亞胺溶解于緩沖溶液中，在40℃恒溫，空氣氛圍下中使用磁力攪拌器攪拌8h后取出，放入烘箱中70℃下烘干，然后放入管式爐中，氮氣氛圍條件，以5℃/min升溫至800℃高溫碳化處理1.5h，得到單寧酸
?
聚乙烯亞胺改性電極材料，將得到的碳氈組裝單電池，對比未經改性的原氈，在200mA/cm2條件下，能量效率提高7.3％。
[0021]實施例4
[0022]首先裁剪3cm
×
3cm碳氈，在馬弗爐中空氣氛圍下，600℃熱處理3h，制備熱處理碳氈；配置三(羥甲基)氨基甲烷
?
稀鹽酸緩沖溶液，調整pH值為8.5，將制備的預備氈浸泡在100mL的緩沖溶液中，隨之將0.2g單寧酸、0.1g聚乙烯亞胺溶解于緩沖溶液中，在40℃恒溫，空氣氛圍下中使用磁力攪拌器攪拌8h后取出，放入烘箱中70℃下烘干，然后放入管式爐中，氮氣氛圍條件，以5℃/min升溫至900℃高溫碳化處理1.5h，得到單寧酸
?
聚乙烯亞胺改性電極材料，將得到的碳氈組裝單電池，對比未經改性的原氈，在200mA/cm2條件下，能量效率提高10.2％。...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種全釩液流電池的電極材料的制備方法，其特征在于，具體步驟如下：S1.碳氈親水處理：將碳氈懸掛于馬弗爐中，在空氣氛圍、溫度300～600℃下熱處理3h；S2.配置pH值為8.5的三羥甲基氨基甲烷
?
稀鹽酸緩沖溶液，取上述緩沖溶液100mL，將步驟S1制備的碳氈浸泡在100mL緩沖溶液中，隨之添加0.1～0.2g的單寧酸和0.1～0.2g聚乙烯亞胺共沉積；在25～40℃恒溫條件下，空氣氛圍下中使用磁力攪拌器攪拌6～12h后取出，放入烘箱中70...

【專利技術屬性】
技術研發人員：胡伊寧，王紫雪，李全龍，張宇哲，馮偉，江杉，王世宇，
申請(專利權)人：大連融科儲能技術發展有限公司，
類型：發明
國別省市：