[发明专利]含氟盐修饰的钒电池用多官能化电极材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种电极材料的制备方法及由该方法制备得到的电极材料。该方法包括以下步骤：将碳素类电极浸泡于含氟盐溶液中后，再经过高温活化、酸洗、去离子水洗、干燥等步骤后得到所述电极材料。与未经处理的电极材料相比，本发明所述电极材料表面出现了大量的缺陷活性位点，对钒离子的吸附能力大大增强，促进了钒离子向电极表面移动；同时提供了更多的反应活化位点，提高了电极/电解液的电荷转移速率，减少了钒电池在充放电过程中的能量损失和电压损失，从而提高了全钒液流电池在充放电过程中的能量效率和电压效率。

技术领域

本发明适用于液流电池技术领域，具体来说本发明涉及一种用含氟盐修饰的钒电池用多官能化电极材料的制备方法。

背景技术

随着经济的发展，人们对能源资源的需求与有限的能源之间的矛盾日益突出，开发太阳能、风能等新型可持续能源成为必然的选择，但是新型可持续能源固有的间歇性、波动性决定了其规模化发展必须要有先进的储能技术作支撑。钒电池因其具有成本低、使用寿命长、环境友好、功率和能量、容量可灵活设计等优点被认为是大型储能系统的首选之一。

电极材料作为钒电池的关键材料之一，其作用主要是提供反应场所，构建完善的内电路。目前，钒电池常用的电极材料主要是石墨毡、碳毡、碳布、碳纸等碳素类材料。这主要是因为碳素电极材料具有较大的比表面积能提供丰富的反应场所，拥有良好的导电性和较宽的电化学窗口，并且在硫酸介质中能稳定存在。但是由于这些材料较低的电催化能力，在应用于钒电池的过程中产生较大的电压和能量损失，导致在大电流密度下钒电池具有较低的能量效率和电压效率。

为了改善钒电池电极材料的电化学性能，研究者们通过改变电极材料表面化学环境或者在电极材料表面修饰上电催化剂来提高钒离子在电极表面的反应速率，进而提高钒电池的整体性能。目前主要有两种方法，（1）用热处理、酸处理和电氧化法处理碳毡，增加了碳毡表面C-O、C=O等官能团，提高电极的电化学活性；（2）利用金属、金属氧化物、新型碳材料等电催化剂，增加反应活性位点，提高钒离子反应速率。但是氧化碳毡只能增加有限地活性位点，钒电池性能提升效果不明显，而钒电池电解液循环流动的特性会使电极材料表面的电催化剂逐步脱落，造成电池性能衰减。

发明内容

针对电极材料电化学活性低的问题，本发明提供一种钒电池用电极材料的制备方法，通过将含氟盐负载于电极材料表面后高温反应，改变电极材料表面化学环境，增加电极材料的反应活性位点。该方法经济、简单、有效，适合大规模工业化应用。

为了实现上述目标，本发明采用的技术方案是：

一种钒电池用电极材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）将碳素类电极置于含氟盐溶液中；

（2）将步骤（1）中的碳素类电极从溶液中取出，然后将其在300-1200℃温度下进行高温活化；

（3）将步骤（2）得到的碳素类材料置于酸性溶液中，之后将酸处理后的碳素类电极置于水中洗涤，再干燥得到所述电极材料。

根据本发明，步骤（1）中，

将所述碳素类电极置于含氟盐溶液中，浸泡一段时间，使得含氟盐负载于电极材料表面。所述浸泡过程可以辅以超声，所述浸泡或超声的时间可以为1-60 min，例如浸泡并超声30 min。

所述碳素类电极材料可以为石墨毡、碳毡、碳布、碳纸中的一种；其厚度可以为1-10mm。

所述含氟盐可以为含氟无机盐中一种或多种的混合物。例如，所述含氟盐为氟化卤盐如氟化钠、氟化钾、氟化铯，含氟磷酸盐如六氟磷酸钾、六氟磷酸钠、六氟磷酸铵、六氟磷酸锂，含氟硼酸盐如氟硼酸钠、氟硼酸钾，氟硼酸铵，氟化铵盐如氟化铵、氟化氢铵。作为示例性的实例，所述含氟盐为六氟磷酸盐。