[发明专利]一种多孔碳材料在溴基液流电池中的应用

说明书

本发明涉及一种二维片层多孔碳材料在液流电池中的应用，所述片层多孔碳材料作为电极应用在液流电池中，所述片层多孔碳材料是由形貌为片层状的多孔碳材料，多孔碳材料中片层厚度为5‑300nm，片层的边长为100‑5000nm。该类材料具有制备方法简单，装置简易，低能耗，周期短，可放大好的有益的特点，因此该材料组装的溴基液流电池具有较高的电压效率，能量效率和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及液流电池电极材料领域，具体涉及一种电极材料在溴基电池中的应用。

技术背景

为了实现人们对能源以及环境的双重要求，大力开发和利用风能、太阳能等可再生能源成为一种非常有效的途径来满足人们的要求。然而这些能源具有不连续、不稳定性，难以直接并网，导致弃风弃光率高，资源浪费。因此，需要与高效的储能技术联用来保证供电的平滑输出。储能技术是通过能量的储存与释放来提高可再生能源利用率和稳定性，是开发利用新能源的关键技术。液流电池是一种适合于大规模储能的电化学储能技术，其特点是能量储存在电解液中，实现功率与能量相互独立。

溴基液流电池是由Br₂/Br^-与另一电对组成的一类液流电池。由于溴储量较大，成本低，较高的电极电势并具有较高的溶解度，因此此类电池具有低成本，高开路电压和能量密度等优点。如：锌溴液流储能电池理论开路电压1.83V左右，理论能量密度430Wh/kg。

但是，溴基液流电池仍存在一部分问题需要进一步研究解决方法。其中较低的Br₂/Br^-电对反应速率导致电池的电化学极化较大，电压效率较低。因此其电流密度较低，一般小于40mA/cm²，使得电池的功率密度较低，因此电池系统的材料用量较高，从而降低了其成本的优势。因此为开发高功率密度，低成本的溴基液流电池，设计制备高活溴基电极材料成为一种有效的方法去提高溴电对的反应速率，降低电化学极化，实现溴基液流电池的推广。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明目的在于提供一种具备高活性和高导电性的溴基液流电池用的电极材料。

实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：

一种二维片层多孔碳材料在液流电池中的应用，所述二维片层多孔碳材料是由形貌为片层状的多孔碳材料，厚度为5-300nm，优选100-200nm,片层的边长为100-5000nm，优选1000-2000nm。

多孔碳材料孔径为0.1-30nm，优选1-5nm，多孔碳材料的比表面积为50-3000m²/kg，优选1000-2000m²/kg。

以锌盐和2-甲基咪唑在溶剂中反应制备成片层状沸石有机金属骨架，并用水蒸汽活化、二氧化碳活化或碱活化的方法控制片层碳材料的孔径，制备出片层多孔碳材料。

所述锌盐包括醋酸锌、氯化锌、硝酸锌中的一种或二种以上；锌盐与二甲基咪唑的摩尔比为100–1，片层多孔碳材料前驱体为制备得到的片层状沸石有机金属骨架。

所述的片层多孔碳材料按如下过程制备而成：

1)将锌盐和二甲基咪唑分别分散在溶剂中，在温度为20-100℃下充分搅拌0.1–48h，溶液中锌盐模板剂的浓度为0.1–50wt％；

2)将步骤1)的两个溶液中混合在一起，在20-100℃充分搅拌0.5-72h，得到片状多孔碳材料前驱体；

3)将步骤2)中制备的片层沸石有机金属骨架前驱体在700-1200℃条件下煅烧1-5h；将其活化，活化方式为：二氧化碳中活化，在二氧化碳中活化0.5-5h，温度为500-1500℃；或，水蒸气活化，在水蒸气中活化10min-8h，温度为100-500℃；或，碱活化，在碱中活化5min-5h，温度为100-1500℃；碱包括氢氧化钾、氢氧化钠、氨气中的一种或两种以上；