[发明专利]二氧化铅修饰的全钒液流电池石墨毡电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于蓄电池技术领域，尤其涉及全钒液流电池，特别涉及全钒液流电池的电极。

背景技术

全钒液流电池是一种新型液流蓄电池，同传统的蓄电池相比，钒电池具自放电效率低、使用寿命长、便于维护、无交叉污染、可深度放等特点，可以广泛适用于调峰电源系统、大规模太阳能光电转换系统、大规模风能系统、边远地区贮能系统、不间断电源或应急电源系统和电动车等系统。虽然钒电池的研究工作已进入实用化阶段,但是关于钒电池仍有许多尚待解决的技术问题,比如,如何获得稳定性好、比能量高的电解液,如何筛选具有良好选择透过性的隔膜,以及如何得到稳定性好、电阻率低、电化学活性好的电极等。其中,电极是决定整个全钒电池性能好坏的关键。

全钒电池的电极材料主要包括金、钛、铅、钛基铂和氧化铱等金属类电极以及玻碳、石墨等非金属类电极。目前最好的钒电池电极是石墨毡，石墨毡需要适当的处理才能增加其对钒电池的氧化还原反应催化作用。有关提高石墨毡电极性能的研究中，常用的方法为热处理，浓硫酸处理，电化学氧化法等，但常规热处理法虽工艺简单,但操作弹性小,能量消耗大,氧化反应不易控制；浓硫酸处理的过程存在危险,工业化生产难度大；电化学氧化耗能耗时；即使经过上述方法处理的炭毡，其对钒氧化还原反应的催化作用也有待于进一步提高。因此，提高石墨毡催化活性是本领域的一个要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的石墨毡电极的改性处理方法，以提高石墨毡电极的催化活性。

本发明的思路是：采用电化学电镀方法，在石墨毡电极上电镀具有催化活性且耐腐蚀性好的二氧化铅（PbO₂），该镀层在全钒液流电池的氧化还原反应中起催化剂作用，加速钒离子氧化还原反应速度。

本发明的技术方案是：一种二氧化铅修饰的全钒液流电池石墨毡电极，其特征在于所述石墨毡电极表面镀有二氧化铅镀层，所述石墨毡电极表面镀有的二氧化铅镀层包括内层的α-PbO₂镀层和α-PbO₂镀层外的β-PbO₂镀层。

本发明所述的一种二氧化铅修饰的全钒液流电池石墨毡电极的电镀方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

1）按常规制备α-PbO₂和β-PbO₂镀液；

2）将空白石墨毡用去离子水清洗；

3）将α-PbO₂镀液置于40℃水浴下，用脉冲电镀方法将空白石墨毡在α-PbO₂镀液中电镀10～20分钟，电镀电流密度为2～4mA/cm²，空白石墨毡作正极；

4）将经过步骤3）电沉积了α-PbO₂后的石墨毡用去离子水清洗至冲洗后的液体呈中性；

5）将β-PbO₂镀液置于40℃水浴下，将经过步骤4）的石墨毡置于β-PbO₂镀液中，用脉冲电镀方法电镀10～20分钟，电镀电流密度为20～40mA/cm²。

6）将经过步骤4）的石墨毡用去离子水清洗至冲洗后的液体呈中性，清洗后烘干。

本发明所述一种二氧化铅修饰全钒液流电池石墨毡电极方法，其特征在于所述脉冲电镀的频率为充电5～120s,静止3～7s。

本发明所述一种二氧化铅修饰全钒液流电池石墨毡电极方法，其特征在于所述脉冲电镀的负极为铂片电极。

本发明所述一种二氧化铅修饰全钒液流电池石墨毡电极方法，其特征在于所述α-PbO₂和β-PbO₂镀液在电镀过程中进行搅拌。

本发明所述一种二氧化铅修饰全钒液流电池石墨毡电极方法，其特征在于所述α-PbO₂和β-PbO₂镀液的搅拌是空气鼓泡搅拌或磁力搅拌器搅拌。

本发明的有益效果是：以稳定性好的α-PbO₂作为中间层，以导电性更好、催化活性更高的β-PbO₂作为外层，使镀层的晶体颗粒度小，分散能力强，深镀能力好，PbO₂镀层致密均匀，氧化反应缓和,电化学活性好。

附图说明

图1是电镀PbO₂后的石墨毡电极SEM扫描图

图2是空白石墨毡电极与镀PbO₂石墨毡电极的循环伏安比较图