一种生物质修饰改性铁铬液流电池碳布电极及其制备方法与流程

本发明涉及液流电池储能，具体涉及一种生物质修饰改性铁铬液流电池碳布电极及其制备方法。

背景技术：

1、由于风力发电、光伏发电等可再生能源的间歇性和随机性，大规模并入电网将给电网的安全、稳定运行带来严重冲击。因此，急需大规模储能技术，来实现电网的削峰填谷，进而提高电网对可再生能源发电的消纳能力，解决弃风、弃光等问题。

2、铁铬液流电池是一种具有广阔应用前景的能量储存技术。相较于传统的铅酸电池和锂离子电池，液流电池在寿命、效率和安全性方面具有显著优势。icfb使用铁和铬作为活性材料，通过电解质溶液中的氧化还原反应实现能量的储存和释放。该技术特别适用于大规模储能系统，如电网调峰、可再生能源发电配套储能等。

3、在铁铬液流电池中，电极材料是决定电池性能的关键因素之一。碳布电极因其高导电性、良好的化学稳定性和较大的比表面积，成为了液流电池中常用的电极材料。然而，碳布电极本身存在一些不足，如电化学活性较低、催化活性不高等，这些不足限制了铁铬液流电池的整体性能。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种生物质修饰改性铁铬液流电池碳布电极及其制备方法，通过使用高温热处理、浸渍法、高温煅烧、碳热还原法等技术对碳布进行生物质材料修饰，为铁铬液流电池电解液氧化还原反应提供了丰富的高催化活性位，利用形成的更多的含氧官能团促进了铁铬液流电池电解液氧化还原反应，提高了碳布电极导电性，优化催化剂的生长环境，提高所制备电极材料的电化学性能，对电池性能带来了高度的提升，解决了上述背景技术中提到的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种生物质修饰改性铁铬液流电池碳布电极的制备方法，包括如下步骤：

3、s1、碳布预处理：将碳布使用去离子水清洗，清洗后放在乙醇中浸泡，然后再在去离子水中超声清洗，将超声清洗后的碳布放入烘箱中干燥，之后使用高温热处理活化碳布；

4、s2、配置前驱体浆料：将生物质粉末加入到去离子水中，然后加入辅助剂，得到混合物，将所得混合物搅拌并超声处理，形成前驱体浆料；

5、s3、浸渍：将高温热处理后的碳布浸入前驱体浆料中，使用浸渍法处理，随后烘干碳布；

6、s4、碳热还原：将经步骤s3的碳布取出，在管式炉中的保护气氛下高温煅烧进行碳热还原，得到生物质材料修饰改性的碳布电极。

7、优选的，在步骤s1中，所述碳布是聚丙烯腈pnv基碳布、人造丝基碳布或石油沥青基碳布；所述在乙醇中浸泡的时间为10～20min；所述超声清洗的时间为10～100min；所述烘箱中干燥的温度为30～150℃。

8、优选的，在步骤s1中，所述高温热处理活化碳布是将碳布放入马弗炉中，在空气、氦气、氮气、氩气、氙气、氖气中的一种或多种混合气体的氛围中进行高温热处理；所述高温热处理的温度为200～800℃，保温时间为1～20h。

9、优选的，在步骤s2中，所述的生物质粉末为柚子皮粉，橘子皮粉，橙子皮粉，柠檬皮粉中的一种或多种，在最终前驱体浆料中的质量分数为1％～30％。

10、优选的，在步骤s2中，所述的辅助剂起到粘合剂的作用，具体为蔗糖，葡萄糖，乳糖，果糖中的一种或多种，浓度为0.1～5mol/l。

11、优选的，在步骤s2中，所述搅拌的时间为10～100min；所述超声时间为10～100min。

12、优选的，在步骤s3中，浸渍时间为10～200min；在烘干碳布时，所述烘干的温度为30～150℃，烘干的时长为1～20h。

13、优选的，在步骤s4中，碳热还原时，煅烧温度为500～2000℃，保护气氛为氦气、氮气、氩气、氙气、氖气中的一种或多种混合气体，反应过程中的升温速率为1～30℃/min，保温时间为1～20h。

14、另一方面，为实现上述目的，本发明还提供了如下技术方案：一种根据上述制备方法制备得到的电极材料。

15、本发明的有益效果是：

16、1)本发明通过使用生物质材料对碳布电极进行修饰和改性，相对于未改性材料来说，在电池循环中表现出更高的能量效率、比容量、库伦效率以及更稳定的循环性能；可以有效提升电极的电化学性能和催化活性。

17、2)本发明利用生物质材料制备改性铁铬液流电池电极材料提高电池性能，方法简单、原料成本低廉，并适用于大规模市场化制备，是一种能够促进铁铬液流电池发展的方法。

18、3)本发明通过对生物质材料修饰的碳布电极进行碳热反应，碳热反应可以在电极表面形成镶嵌在蠕虫状生物质孔中的碳化物，增加了电极处的氧化还原面积，为化学反应提供了更丰富的有效面积。并且通过生物质改性之后在碳布表面上达到一种氮掺杂的效果，能够起到提升铬离子电化学反应活性的作用，同时提升了铁铬液流电池能量效率，减缓了电池容量衰减，提高循环稳定性能。改性后的电极比表面积增大，引入更多的含氧官能团，例如羟基，醛基，羧基等含氧官能团，亲水性增强，电极活性位数量增加，氧化还原反应的动力学和可逆性增强。该修饰电极对fe 2+/fe 3+和cr 3+/cr2+氧化还原反应具有明显的电催化作用。

技术特征：

1.一种生物质修饰改性铁铬液流电池碳布电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的生物质修饰改性铁铬液流电池碳布电极的制备方法，其特征在于：在步骤s1中，所述碳布是聚丙烯腈pnv基碳布、人造丝基碳布或石油沥青基碳布；所述在乙醇中浸泡的时间为10～20min；所述超声清洗的时间为10～100min；所述烘箱中干燥的温度为30～150℃。

3.根据权利要求1所述的生物质修饰改性铁铬液流电池碳布电极的制备方法，其特征在于：在步骤s1中，所述高温热处理活化碳布是将碳布放入马弗炉中，在空气、氦气、氮气、氩气、氙气、氖气中的一种或多种混合气体的氛围中进行高温热处理；所述高温热处理的温度为200～800℃，保温时间为1～20h。

4.根据权利要求1所述的生物质修饰改性铁铬液流电池碳布电极的制备方法，其特征在于：在步骤s2中，所述的生物质粉末为柚子皮粉，橘子皮粉，橙子皮粉，柠檬皮粉中的一种或多种，在最终前驱体浆料中的质量分数为1％～30％。

5.根据权利要求1所述的生物质修饰改性铁铬液流电池碳布电极的制备方法，其特征在于：在步骤s2中，所述的辅助剂为蔗糖，葡萄糖，乳糖，果糖中的一种或多种，浓度为0.1～5mol/l。

6.根据权利要求1所述的生物质修饰改性铁铬液流电池碳布电极的制备方法，其特征在于：在步骤s2中，所述搅拌的时间为10～100min；所述超声时间为10～100min。

7.根据权利要求1所述的生物质修饰改性铁铬液流电池碳布电极的制备方法，其特征在于：在步骤s3中，浸渍时间为10～200min；在烘干碳布时，所述烘干的温度为30～150℃，烘干的时长为1～20h。

8.根据权利要求1所述的生物质修饰改性铁铬液流电池碳布电极的制备方法，其特征在于：在步骤s4中，碳热还原时，煅烧温度为500～2000℃，保护气氛为氦气、氮气、氩气、氙气、氖气中的一种或多种混合气体，反应过程中的升温速率为1～30℃/min，保温时间为1～20h。

9.一种根据权利要求1～8中任一项所述制备方法制备得到的电极材料。

技术总结本发明涉及液流电池储能技术领域，具体公开了一种生物质修饰改性铁铬液流电池碳布电极及其制备方法，包括如下：将碳布使用去离子水清洗后放在乙醇中浸泡，然后再在去离子水中超声清洗，放入烘箱中干燥，之后使用高温热处理活化碳布；将生物质粉末加入到去离子水中，然后加入辅助剂，将所得混合物搅拌并超声处理，形成前驱体浆料；将高温热处理后的碳布浸入前驱体浆料中，使用浸渍法处理，随后烘干碳布；将碳布取出在管式炉中的保护气氛下高温煅烧进行碳热还原，得到生物质材料修饰改性的碳布电极。本发明通过生物质改性之后在碳布表面上达到一种氮掺杂的效果，能够起到提升铬离子电化学反应活性的作用，同时提升了铁铬液流电池能量效率。技术研发人员：徐泉,牛迎春,王屾,肖冬,刘万里,谭冬梅受保护的技术使用者：中海储能科技（北京）有限公司技术研发日：技术公布日：2025/1/6