[发明专利]一种液流电池用催化剂原位制备装置及催化剂制备方法

说明书

本发明公开了一种液流电池用催化剂原位制备装置及催化剂制备方法，包括正极半电池和负极半电池，并通过在负极半电池一侧设置的电镀旁路和电镀储液罐及电镀液，可以在液流电池充放电之前进行催化剂的原位电镀，也可以是在液流电池经过一定时间的充放电运行后，催化剂形貌发生变化后，重新进行原位电镀过程，通过设置的电镀旁路和电镀储液罐及电镀液，使得催化剂前驱体离子在电镀液中的离子浓度提高，使催化剂在液流电池负极分布更加均匀，同时，利用间歇电镀的催化剂电镀制备方法，使催化剂颗粒更小，颗粒密度及均一性更高，解决现有的催化剂分布不均，堵塞多孔电极的问题。

技术领域

本发明属于大规模储能领域，尤其涉及液流电池催化剂原位制备的装置及催化剂制备方法。

背景技术

液流电池是一种先进的电化学储电技术，根据所采用的正负极活性物质可以分为：全钒、全铅、硫溴、锌溴、铁铬液流电池等。针对液流电池催化剂制备问题，常用的方法是在电池组装完成后，在电解液中添加催化剂的前驱体离子，比如铋离子或者铟离子，然后通过在线原位电镀的方法，直接将催化剂金属铋或者铟直接电镀到液流电池的负极。相比传统的提前在电极上负载催化剂的方案，这种原位电镀催化剂的方案具有操作简单的优点，如果催化剂被破坏或者性能衰减，催化剂可以原位重新制备。

对于原位电镀的过程，电镀过程的优劣直接影响催化剂能否在液流电池电极上分布均匀。液流电池一般应用于数小时的连续放电场景，储液罐中存储的电解液体积往往较大。而催化剂在电极上的载量要求往往是一定的(载量过高也会堵塞多孔电极)，所以，催化剂的前驱体盐在溶解在电解液中形成的离子浓度往往很低(一般小于0.3mM)。用这种低浓度前驱体盐进行电镀时，极易出现传质恶化的问题，进而导致电极上游区(进口处)电沉积的金属颗粒团聚甚至结块。如果催化剂电镀后主要聚集在进口区或者上游区，将有可能会直接堵塞多孔电极中电解液的流动，造成电池性能恶化。如何使催化剂均匀的分布在多孔电极内，是提升液流电池的重要课题。然而，目前对该原位电镀过程的研究极为稀少。本发明提出一种电镀装置及电镀催化剂的制备方法，可以使得催化剂在电极上均匀分布，让液流电池性能大幅提升。

发明内容

本发明主要是克服现有技术中的不足之处，本发明的目的在于提供一种液流电池催化剂原位制备的装置及催化剂制备方法，以实现催化剂在电极上均匀分布，让液流电池性能大幅提升的效果，可以是在液流电池充放电之前进行催化剂的原位电镀，也可以是在液流电池经过一定时间的充放电运行后，催化剂形貌发生变化后，重新进行原位电镀过程。

为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案：

一种液流电池用催化剂原位制备装置，其特征在于，所述液流电池用催化剂原位制备装置包括：负极多孔电极、隔膜、正极多孔电极、负极集流体、正极集流体、正极电解液储液罐、正极侧管路、正极侧驱动泵、负极电解液储液罐、负极侧驱动泵、负极侧管路、电镀储液罐、电镀旁管路、负极侧管路、负极电解液阀门、电镀旁路阀门、负极电解液阀门，所述隔膜将电池分隔为彼此相互独立的正极侧和负极侧，所述负极多孔电极与负极集流体相连，所述正极多孔电极与正极集流体相连，正极侧与正极电解液储液罐构成闭合回路，正极电解液在正极侧驱动泵的作用下经由正极侧管路通过正极多孔电极循环流动，参与化学反应，形成正极半电池，负极侧和负极电解液储液罐构成闭合回路，负极电解液在负极侧驱动泵的作用下经由负极侧管路和负极侧管路，在负极电解液阀门打开的状态下，通过负极多孔电极循环流动，参与化学反应，形成负极半电池，所述电镀储液罐装有电镀液，电镀液中含有催化剂前驱体盐，负极电解液阀门关闭时，电镀旁路阀门打开，电镀液经由负极侧管路和电镀旁管路，在负极侧驱动泵的作用下，流经负极多孔电极构成闭合回路，形成电镀旁路循环，由正极半电池，负极半电池和电镀旁路循环共同组成液流电池用催化剂原位制备装置，通过电镀旁路循环完成液流电池用催化剂原位制备。