一种氮掺杂多孔碳毡材料及其在锌基液流电池中的应用

技术特征：
1.一种氮掺杂多孔碳毡材料，其特征在于：多孔碳毡的碳纤维中氮的质量掺杂量为2％-8％；于构成碳毡的碳纤维上带有孔径为0.1nm-30nm的孔。2.根据权利要求1所述的氮掺杂多孔碳毡材料，其特征在于：所述氮掺杂多孔碳毡材料中的“多孔”不是指碳毡纤维间交织构成的三维孔道结构，而是指碳毡的碳纤维上具有的孔所构成的多孔结构。3.根据权利要求1所述的氮掺杂多孔碳毡材料，其特征在于：碳毡的碳纤维上的孔体积为0.001-0.008cm3/g。4.一种权利要求1-3所述的氮掺杂多孔碳毡材料的制备方法，过程如下：(1)将多巴胺溶解于水中，搅拌2h以上制备均匀的多巴胺水溶液；其中多巴胺溶液的浓度为100-500mg/100ml水；(2)将原始碳毡材料浸泡于步骤(1)所制备的多巴胺水溶液中，搅拌0.5h以上，使多巴胺溶液充分浸透原始碳毡材料；(3)向步骤(2)中所制备的包含碳毡的多巴胺溶液中加入三(羟甲基)氨基甲烷(tris)溶液；其中tris溶液的摩尔浓度为5-20mm；三(羟甲基)氨基甲烷(tris)溶液与多巴胺溶液的体积比为1
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10-4-9
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10-4
；(4)将步骤(3)所制备的溶液搅拌24h以上，保证多巴胺完全自聚合于碳毡的碳纤维上，然后将碳毡取出，置于40-80℃下干燥12h以上；然后将其在800-1200℃(优选900-1000℃)、n2气氛下煅烧2-5h(优选2-4h)；制备得到氮掺杂多孔碳毡材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：原材料为商业化碳毡材料，厚度为3-6mm，孔隙率为90-98％。6.一种权利要求1-3所述的氮掺杂多孔碳毡材料作为负极应用于锌基液流电池中的应用，其特征在于：所述氮掺杂多孔电极材料可应用于锌基液流电池中，包括但不限于锌铁液流电池、锌镍液流电池、锌溴液流电池、锌锰液流电池或锌碘液流电池。

技术总结
本发明涉及一种氮掺杂多孔碳毡材料在液流电池中的应用，碳毡的碳纤维上具有多孔结构。所述多孔结构提高了碳毡的孔体积、比表面积和亲水性，可以加强电解液浸润性和对锌原子的吸附能力，提供更多的锌沉积位点，从而可以调节锌沉积形貌，促进锌的均匀沉积，抑制锌枝晶的生成和生长，并避免锌的脱落。最终实现降低电池极化，提高电池效率、容量和寿命的目的。该类材料具有制备方法简单、导电性好、电化学极化小、化学稳定性好等优点，该材料组装的锌基液流电池具有较高的电压效率、能量效率和循环稳定性。环稳定性。环稳定性。


技术研发人员：鲁文静 李先锋 张华民
受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所
技术研发日：2020.12.01
技术公布日：2022/6/4