[发明专利]基于CoS2

说明书

本发明涉及基于CoS₂‑CoS n‑n半导体结的多硫/碘液流电池电极制备方法，将金属钴盐、尿素和硫源加入到乙二醇和N，N‑二甲基甲酰胺的混合溶剂中，室温下搅拌，然后在高温下进行反应，结束后冷却至室温，离心分离得到产物并洗涤，真空干燥，得到黑色的CoS₂、CoS₂/CoS和CoS粉末状产物。与现有技术相比，本发明具有高结晶性，而且通过构建n‑n结可以有效的促进界面电荷的转移、提高材料的导电性、减小极化和提高材料催化性能的可逆性，从而具有高的催化性能和良好的循环稳定性。

技术领域

本发明属于新能源材料研究领域，尤其是涉及一种基于CoS₂-CoS n-n半导体结的多硫/碘液流电池电极制备方法。

背景技术

液流电池是将储存在电解液中不同离子价态的化学能转化为电能的装置。通过外接泵的作用，不断的将电解液往复循环压入电池堆体内反应，使其在各自不同的储罐中流动。采用质子交换膜作为电池的隔膜，含氧化还原电对的电解液平行流过电极表面并发生氧化反应反应，通过集流体收集和传递电子，使得化学能转换成电能。多硫/碘液流电池是以含S^2-/S_x^2-和I^-/I₃^-氧化还原电对的溶液为电解液，使其在电极表面发生可逆氧化还原反应。正极发生的是I^-/I₃^-之间的氧化还原反应，负极发生的是S₂^2-/S₄^2-之间的氧化还原反应。

作为液流电池重要的组成部分，电极主要的作用就是催化电解质中I^-/I₃^-和 S^2-/S_x^2-氧化还原反应。目前主要集中在研究不同碳材料电极的制备和负载，包括碳纸、石墨毡、石墨毡负载金属硫化物等，但效果都不佳。I^-/I₃^-和S^2-/S_x^2-电对的氧化还原反应速率决定了其工作电流密度。在电化学过程中，氧化还原反应在电极表面的极化导致的充放电电位差增大、电流密度减小和氧气、氢气析出副反应等是影响电池能量密度、功率密度和储能效率的关键。因此，构筑高效电催化电极材料，增强氧化还原电对的电催化转化效率，降低氧化还原反应的过电位和抑制副反应的发生，是提高多硫/碘液流电池性能的有效手段之一。

当半导体与半导体接触，能够形成半导体-半导体结。半导体-半导体结材料在催化电解水、光解水、电还原二氧化碳、钠电等领域已有报道。因此，可预测，当半导体-半导体结复合材料作为多硫/碘液流电池材料时，不仅能够发挥各组分本身的催化性能，同时，由于半导体之间形成的结也能够构建有效的电荷转移路径，利于I₃^-离子的快速还原，更加符合多硫/碘液流电极材料的要求。构建半导体与半导体结，设计寻找热力学稳定体系，开发出高效催化I^-/I₃^-和S^2-/S_x^2-电对的半导体结电催化材料，提高多硫/碘液流电池性能。如何实现半导体结的可控制备，首先需要解决在同一体系中可控获得两种物相的问题。然而如何形成紧密接触的异相界面而不是物理混合物是需要解决的又一关键问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于 CoS₂-CoSn-n半导体结的多硫/碘液流电池电极制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：