一种钒电池用高活性多孔碳布电极及其制备方法与流程

本发明涉及全钒液流电池电极，特别涉及一种钒电池用高活性多孔碳布电极及其制备方法。

背景技术：

1、电极作为电池反应的场所是全钒液流电池（vrfb）的重要组成部分，极大地影响了全钒液流电池的极化，包括欧姆极化、活化极化和浓差极化。在具有流道的传统vrfb中，通常选择石墨毡作为电极材料。然而，为了降低流动阻力，石墨毡的厚度通常不小于2.5 mm，具有高欧姆电阻，限制了电池性能。碳布电极超薄的厚度可以有效减少欧姆极化，提高电池性能。然而未经处理的碳布电极通常具有较差的催化活性和导电性，导致电压效率、能量效率和电解液利用率较低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种钒电池用高活性多孔碳布电极及其制备方法，以克服现有技术中的不足。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本申请公开了一种钒电池用高活性多孔碳布电极及其制备方法，包括以下步骤：

4、s1、将聚丙烯腈和聚苯乙烯溶于n，n-二甲基甲酰胺中，通过静电纺丝的方法制备聚丙烯腈纤维膜；

5、s2、将六氯化钨、碳酸铯、氯铱酸和乙醇混合，搅拌溶解后浸入聚丙烯腈纤维膜，随后在聚四氟乙烯内衬高压釜中进行水热反应，反应结束后用去离子水和乙醇交替清洗聚丙烯腈纤维膜，得到负载二氧化铱掺杂铯钨青铜前驱体的聚丙烯腈纤维膜；

6、s3、将负载二氧化铱掺杂铯钨青铜前驱体的聚丙烯腈纤维膜经过高温煅烧，得到高活性多孔碳布电极。

7、优选的，所述步骤s1中，聚丙烯腈、聚苯乙烯和n，n-二甲基甲酰胺的质量比为1：（3~5）：50。

8、优选的，所述步骤s1中，静电纺丝的工艺为：电压为10~20 kv，进料速度为2 ml/h，注射器与铝箔收集器之间的距离固定为15 cm。

9、优选的，所述步骤s2中，六氯化钨、碳酸铯、氯铱酸和乙醇的质量比为1：（0.2~0.6）：（0.4~0.8）：50。

10、优选的，所述步骤s2中，水热反应温度为180~240℃，反应时间为24~48h。

11、优选的，所述步骤s3中，高温煅烧的方法为：第一步先在空气中以10℃/min的升温速度在300~450℃煅烧0.5~1h，第二步通氮气以5℃/min的升温速度在500~600℃煅烧1~2h，第三步在氮气中以5℃/min的升温速度在800~900℃煅烧1~2h。

12、一种钒电池用高活性多孔碳布电极采用上述一种钒电池用高活性多孔碳布电极的制备方法制备获得。

13、本发明的有益效果：

14、1、本发明制备的二氧化铱掺杂铯钨青铜改性多孔碳布的纤维内具有多孔的结构，增加了碳布的比表面积，为钒离子反应提供更多的反应位点，提高电池的电解液利用率；

15、2、本发明将二氧化铱掺杂铯钨青铜负载在多孔碳布上，二氧化铱能够催化钒离子的相互转化，增强碳布的催化活性，提高电池的电压效率和能量效率；

16、3、本发明将二氧化铱掺杂铯钨青铜负载在多孔碳布上，铯钨青铜具有良好的导电性，能够有效提高二氧化铱和碳布的电导率，减小电荷转移电阻，提高电池的电压效率和能量效率。

技术特征：

1.一种钒电池用高活性多孔碳布电极制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的钒电池用高活性多孔碳布电极制备方法，其特征在于：所述步骤s1中，聚丙烯腈、聚苯乙烯和n，n-二甲基甲酰胺的质量比为1：（3~5）：50。

3.如权利要求1所述的钒电池用高活性多孔碳布电极制备方法，其特征在于：所述步骤s1中，静电纺丝工艺为：电压为10~20 kv，进料速度为2 ml/h，注射器与铝箔收集器之间的距离固定为15 cm。

4.如权利要求1所述的钒电池用高活性多孔碳布电极制备方法，其特征在于：所述步骤s2中，六氯化钨、碳酸铯、氯铱酸和乙醇的质量比为1：（0.2~0.6）：（0.4~0.8）：50。

5.如权利要求1所述的钒电池用高活性多孔碳布电极制备方法，其特征在于：所述步骤s2中，水热反应温度为180~240℃，反应时间为24~48h。

6.如权利要求1所述的钒电池用高活性多孔碳布电极制备方法，其特征在于：所述步骤s3中，高温煅烧的方法为：第一步先在空气中以10℃/min的升温速度在300~450℃煅烧0.5~1h，第二步通氮气以5℃/min的升温速度在500~600℃煅烧1~2h，第三步在氮气中以5℃/min的升温速度在800~900℃煅烧1~2h。

7.一种钒电池用高活性多孔碳布电极，其特征在于：所述高活性多孔碳布电极采用如权利要求1~6任一项所述的钒电池用高活性多孔碳布电极的制备方法制备获得。

技术总结本发明涉及全钒液流电池电极技术领域，一种钒电池用高活性多孔碳布电极及其制备方法，包括以下步骤：静电纺丝制备聚丙烯腈纤维膜；在聚丙烯腈纤维膜上水热合成二氧化铱掺杂铯钨青铜前驱体；将反应后的聚丙烯腈纤维膜高温煅烧，制备得到二氧化铱掺杂铯钨青铜改性多孔碳布电极。本发明制备的二氧化铱掺杂铯钨青铜改性多孔碳布纤维内具有多孔的结构，增加了碳布的比表面积，为钒离子反应提供更多的反应位点，提高电池的电解液利用率；二氧化铱能够催化钒离子的相互转化，增强碳布的催化活性，提高电池的电压效率和能量效率；铯钨青铜具有良好的导电性，能够有效提高二氧化铱和碳布的电导率，减小电荷转移电阻，提高电池的电压效率和能量效率。技术研发人员：王宇,熊仁海,郑韵,鲁昆昆受保护的技术使用者：杭州德海艾科能源科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/5