本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種全釩液流電池用石墨氈電極的處理方法，其采用氧化法與氨化法相結(jié)合對(duì)石墨氈表面進(jìn)行處理和改性，具體做法是，首先使用氧化法對(duì)石墨氈進(jìn)行氧化處理，將洗凈的石墨氈烘干后放入反應(yīng)槽中，通入氧氣，在加熱條件下使石墨氈氧化；然后使用氨化法對(duì)石墨氈進(jìn)行氨化處理，通入氨水在加熱和高壓條件下使石墨氈氨化，實(shí)現(xiàn)改性，再將經(jīng)過(guò)改性的石墨氈洗凈烘干后，作為全釩液流電池電極。優(yōu)點(diǎn)是，方法簡(jiǎn)單、效果明顯、安全適用，不使用強(qiáng)酸強(qiáng)堿等危險(xiǎn)化學(xué)品。其操作簡(jiǎn)便，應(yīng)用成本低，在石墨氈表面無(wú)損害的情況下，除去石墨氈表面的無(wú)定形碳等雜質(zhì)，并顯著增加石墨氈表面含氮官能團(tuán)的數(shù)目，增強(qiáng)吸附釩離子的能力，提高其電化學(xué)性能。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于全釩液流電池領(lǐng)域，涉及一種石墨氈電極的處理方法。特別是。
技術(shù)介紹
全釩液流電池是一種適合于大規(guī)模儲(chǔ)能的電化學(xué)儲(chǔ)能裝置，其儲(chǔ)能基礎(chǔ)是由其正負(fù)極活性物質(zhì)組成的電化學(xué)體系。與傳統(tǒng)的儲(chǔ)能電池相比，全釩液流電池具有以下獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)使用安全、可深度放電、使用壽命長(zhǎng)、容量可調(diào)及環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛關(guān)注。通常全釩液流電池使用的石墨氈電極是采用酸處理、空氣熱處理、電化學(xué)處理等 方法進(jìn)行改性處理，通過(guò)氧化改性處理提高了石墨氈電極的電化學(xué)活性。據(jù)申請(qǐng)人所知，對(duì)石墨氈電極進(jìn)行改性處理所采用的空氣氧化法存在的問(wèn)題是，操作彈性小，氧化反應(yīng)不容易控制。而采用酸對(duì)石墨氈電極進(jìn)行改性處理也存在一定的弊端，如2005年8月發(fā)表在中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)上的文獻(xiàn)“石墨氈電極的化學(xué)修飾及其在酸性釩溶液中的電化學(xué)行為”介紹的技術(shù)方法，就是采用強(qiáng)酸氧化法對(duì)石墨氈進(jìn)行處理，由于使用強(qiáng)酸是十分危險(xiǎn)，有很大的安全隱患，而且這種技術(shù)方法應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)，其難度大，會(huì)導(dǎo)致碳纖維表面劇烈反應(yīng)，使纖維表面出現(xiàn)腐蝕，造成降低材料使用壽命的后果。中國(guó)專利文獻(xiàn)(專利申請(qǐng)?zhí)?00710202374.1)公開(kāi)了一種《石墨氈表面改性方法及改性石墨氈》涉及全釩氧化還原液流電池電極制造
，該方法的步驟為在陽(yáng)極氧化改性處理前先進(jìn)行電化學(xué)陰極改性處理。改性后的石墨氈作為電極在用于制備全釩氧化還原液流電池中大大改善了電化學(xué)活性，提高電池放電的電壓效率，電池能量的效率，同時(shí)提高了其穩(wěn)定放電時(shí)間，從而使得全釩氧化還原液流電池的充放電性能得到極大改善；且該方法操作簡(jiǎn)單易行，不需要特殊設(shè)備，成本低廉。其對(duì)石墨氈的改性是在陽(yáng)極氧化改性處理前進(jìn)行電化學(xué)陰極改性處理，但其使用了氫氧化鈉及硫酸這類具有強(qiáng)腐蝕性的化學(xué)物品O而對(duì)石墨氈進(jìn)行氨化改性，增加石墨氈表面含氮官能團(tuán)數(shù)量，由于氮原子可以提供電子，會(huì)使材料具有金屬的性質(zhì)，從而增加其表面活性。同時(shí)，在電化學(xué)反應(yīng)中，含氮材料相比其他電極，在表面性質(zhì)，電子傳輸速率以及吸附過(guò)程等方面都表現(xiàn)出更好的性能，含有氮基團(tuán)的電極相比不含氮基團(tuán)的電極的親水性更好。2011年中南大學(xué)公布的碩士畢業(yè)論文《全釩液流電池石墨氈電極改性研究》介紹了一種氨化處理方法，該方法使用反應(yīng)釜對(duì)石墨氈進(jìn)行氨化改性處理，但經(jīng)過(guò)改性處理后石墨氈的氮元素含量不高。目前，現(xiàn)有技術(shù)中主要是使用強(qiáng)酸及強(qiáng)堿對(duì)石墨氈進(jìn)行氧化改性而改善石墨氈化學(xué)活性的改性處理方法。這些方法不可避免地存在安全隱患。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是，針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提出并研究，其是一種不使用強(qiáng)酸或強(qiáng)堿的對(duì)石墨氈進(jìn)行化學(xué)改性處理的方法。該方法能除去石墨租表面的無(wú)定形碳等雜質(zhì)，在保證石墨租表面無(wú)損害的情況下，增加含氮官能團(tuán)的數(shù)目，增強(qiáng)吸附釩離子的能力、潤(rùn)濕性與表面活性，提高其化學(xué)性能，從而提高石墨氈的電化學(xué)性能。本專利技術(shù)的技術(shù)解決方案是，采用氧化法處理石墨氈，其特征在于，采用氧化法與氨化法相結(jié)合對(duì)石墨氈表面進(jìn)行處理和改性，具體做法是，首先使用氧化法對(duì)石墨氈進(jìn)行氧化處理，將洗凈的石墨氈烘干后放入反應(yīng)槽中，通入氧氣，在加熱條件下使石墨氈氧化；然后使用氨化法對(duì)石墨氈進(jìn)行氨化處理，通入氨水在加熱和高壓條件下使石墨氈氨化，實(shí)現(xiàn)改性，再將經(jīng)過(guò)改性的石墨氈洗凈烘干后備用。其特征在于,氧化處理中使用的氧氣,氨化處理中使用10-35%的氨水。其特征在于，石墨氈在進(jìn)行氧化處理時(shí)的加熱條件包括加熱時(shí)間和加熱溫度，力口熱時(shí)間為O. 5-4h，加熱溫度為400-550°C。其特征在于氨化處理時(shí)，加熱時(shí)間為3min-20h，加熱溫度為100-400°C。 其特征在于進(jìn)行改性的石墨租厚度在lmm-20mm。其特征在于在氨化處理過(guò)程中使用高壓，高壓壓力在l_15X10sPa。本專利技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)在于1、采用氧化法與氨化法相結(jié)合對(duì)石墨氈進(jìn)行處理和改性；2、使用氨化法對(duì)石墨氈進(jìn)行緩慢氨化，顯著增加石墨氈表面碳纖維的含氮官能團(tuán)的數(shù)量。3、除去石墨租表面的無(wú)定形碳等雜質(zhì)，且不對(duì)石墨租表面造成損害，從而有效提聞石墨租的潤(rùn)濕性與化學(xué)活性。本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，方法簡(jiǎn)單，效果明顯，安全適用，不使用強(qiáng)酸強(qiáng)堿等危險(xiǎn)化學(xué)品。其采用氧化法對(duì)石墨氈進(jìn)行熱處理，再使用氨化法對(duì)石墨氈進(jìn)行緩慢氨化，與直接使用氨化法相比，可顯著增加石墨氈表面碳纖維的含氮官能團(tuán)的數(shù)量。使用本專利技術(shù)對(duì)石墨氈進(jìn)行改性，反應(yīng)溫和，可除去石墨氈表面的無(wú)定形碳等雜質(zhì)，增加石墨氈表面含氮官能團(tuán)數(shù)量，有效提聞石墨租的潤(rùn)濕性與表面活性，且不對(duì)石墨租表面造成損害，從而提聞石墨租的電化學(xué)性能。使用經(jīng)過(guò)本專利技術(shù)改性的石墨氈作為全釩液流電池的電極，能夠改善電極的潤(rùn)濕性能，使電池的電流及能量效率明顯提高，主要應(yīng)用與全釩液流電池領(lǐng)域。本專利技術(shù)操作簡(jiǎn)單易行，應(yīng)用成本低，為全釩液流電池的制備提供了一種制作性能良好的電極材料的途徑。具體實(shí)施例方式下面，根據(jù)附圖，詳細(xì)描述具體實(shí)施例方式 實(shí)施例1: (I)采用氧化法，將厚度為5_的石墨氈置于反應(yīng)槽中通入氧氣進(jìn)行氧化處理，按照設(shè)定的程序升溫，以3°C /min的升溫速率加熱至400°C并保溫2. Oh。(2)采用氨化法，在反應(yīng)槽中加入15%的氨水，氨水體積約為反應(yīng)槽體積的1/4。將置于反應(yīng)槽中的石墨氈進(jìn)行高溫高壓氨化處理，即在溫度為200°C時(shí)保溫14h。(3)使用蒸餾水洗凈經(jīng)過(guò)改性處理的石墨氈，于120°C烘箱中干燥12h。使用本專利技術(shù)得到的石墨氈制品為改性石墨氈，作為釩電池的電極制作材料。實(shí)施例2 (I)采用氧化法，將厚度為6_的石墨氈置于反應(yīng)槽中進(jìn)行氧化處理，按照設(shè)定的程序升溫，以3°C /min的升溫速率加熱至400°C并保溫2. Oh。(2)采用氨化法，在反應(yīng)槽中加入30%的氨水，氨水體積為反應(yīng)槽體積的1/5。將置于反應(yīng)槽中的石墨氈進(jìn)行高溫高壓氨化處理，即在溫度為300°C時(shí)保溫5min，壓強(qiáng)約為9.8MPa0(3)使用蒸餾水洗凈經(jīng)過(guò)改性處理的石墨氈，于140°C烘箱中干燥10h。使用本專利技術(shù)得到的石墨氈制品為改性石墨氈，作為釩電池的電極制作材料。實(shí)施例3 (I)采用氧化法，將厚度為IOmm的石墨氈置于反應(yīng)槽中進(jìn)行氧化處理，按照設(shè)定的程序升溫，以3°C /min的升溫速率加熱至500°C并保溫1. Oh。(2)采用氨化法，在反應(yīng)槽中加入25%的氨水，氨水體積為反應(yīng)槽體積的1/4。將置于反應(yīng)槽中的石墨氈進(jìn)行高溫高壓氨化處理，即在溫度為200°C時(shí)保溫16h，壓強(qiáng)約為2.7MPa。(3)使用蒸餾水洗凈經(jīng)過(guò)改性處理的石墨氈，于140°C烘箱中干燥10h。使用本專利技術(shù)得到的石墨氈制品為改性石墨氈，作為釩電池的電極制作材料。權(quán)利要求1.，采用氧化法處理石墨氈，其特征在于，采用氧化法與氨化法相結(jié)合對(duì)石墨氈表面進(jìn)行處理和改性，具體做法是，首先使用氧化法對(duì)石墨氈進(jìn)行氧化處理，將洗凈的石墨氈烘干后放入反應(yīng)槽中，通入氧氣，在加熱條件下使石墨氈氧化；然后使用氨化法對(duì)石墨氈進(jìn)行氨化處理，通入氨水在加熱和高壓條件下使石墨氈氮化，實(shí)現(xiàn)改性，再將經(jīng)過(guò)改性的石墨氈洗凈烘干后備用。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的，其特征在于，氧化處理中使用的氧氣,氨化處理中使用10-35%的氨水。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的，其特征在于，石墨氈在進(jìn)行氧化處理時(shí)的加熱條件包括加熱時(shí)間和加熱溫度，加熱時(shí)間為l_4h，加熱溫度為 300本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種全釩液流電池用石墨氈電極的處理方法，采用氧化法處理石墨氈，其特征在于，采用氧化法與氨化法相結(jié)合對(duì)石墨氈表面進(jìn)行處理和改性，具體做法是，首先使用氧化法對(duì)石墨氈進(jìn)行氧化處理，將洗凈的石墨氈烘干后放入反應(yīng)槽中，通入氧氣，在加熱條件下使石墨氈氧化；然后使用氨化法對(duì)石墨氈進(jìn)行氨化處理，通入氨水在加熱和高壓條件下使石墨氈氮化，實(shí)現(xiàn)改性，再將經(jīng)過(guò)改性的石墨氈洗凈烘干后備用。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李愛(ài)魁，杜濤，劉飛，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司，國(guó)家電網(wǎng)公司，國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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