[发明专利]液流电池正极催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种液流电池正极催化剂及其制备方法和应用。所述正极催化剂包括碳材料和活性组分，所述活性组分包括钴和金属M，其中钴与至少部分金属M为金属M的钴酸盐，所述金属M选自Mn、Ni、Fe、Cu中的至少一种。所述液流电池正极催化剂的制备方法，包括：(1)含金属M前驱物和钴前驱物的溶液与共沉淀剂和稳定剂接触进行反应，制得活性组分前体悬浮液；(2)将步骤(1)所得的活性组分前体悬浮液与碳材料混合，干燥和焙烧，制得所述的液流电池正极催化剂。本发明的正极催化剂可以选择性催化高能化合物的氧化反应，不参与还原反应，与现有技术相比，能显著提高无膜液流电池的效率。

技术领域

本发明涉及一种液流电池正极催化剂及其制备方法，属于有机液流电池领域。

背景技术

受全球新能源发电、电动汽车及新兴储能产业的大力推动，多类型储能技术于近年来取得长足进步。除了早已商业化应用的抽水蓄能及洞穴式压缩空气储能技术，液流电池技术也得到了关注。液流电池是一种高效的储能电池，具有能量密度高、使用领域(环境)广、循环使用寿命长的特点，是当前储能技术的较优选择。液流电池主要包括无机液流电池及有机液流电池。其中有机液流电池具有能量密度高、无污染的特点，比无机液流电池具有更广阔的发展前景。

有机液流电池是使用两种不同电势的有机物作为活性物质的电池，在操作时，将活性物质溶解于溶剂中，中间用隔膜隔开，通过电子得失来实现电能的储存与释放。但是隔膜的使用，一方面会由于两级电解液的渗漏而导致系统漏电和短路，另一方面隔膜的高昂价格导致系统成本高，应用受到阻碍。

CN201910685741.0公开了一种不需要设置质子交换膜对反应腔室进行隔离的液流电池，通过两级催化剂的选择性催化实现得电子与失电子功能，从而组成回路。正极催化剂是无膜液流电池的关键。此专利提供的氧化电极(正极)材料是：金属纳米颗粒或由高选择性氧化酶与石墨烯薄膜复合而成的薄膜，其中金属纳米颗粒包括铂、钯和金中任一种。但是此电极材料存在选择性不高和价格昂贵的问题。

发明内容

为了解决现有技术中无膜液流电池中存在的正极材料价格昂贵和选择性不高的问题，本发明提供了一种液流电池正极催化剂及其制备方法和应用。此外，本发明的正极催化剂可以选择性催化高能化合物的氧化反应，不参与还原反应，与现有技术相比，能显著提高无膜液流电池的效率。

本发明第一方面提供了一种液流电池正极催化剂，所述正极催化剂包括碳材料和活性组分，所述活性组分包括钴和金属M，其中钴与至少部分金属M为金属M的钴酸盐，所述金属M选自Mn、Ni、Fe、Cu中的至少一种。

上述技术方案中，所述液流电池正极催化剂中，以重量份数计，碳材料含量为20～80份，活性组分的含量以金属元素计为20～80份。其中金属包括钴和金属M。

上述技术方案中，优选地，以钴酸盐形式存在的金属M占催化剂中金属M总量的50％～100％，比如可以例举为50％，60％，70％，80％，90％，100％，优选为60％～100％。

上述技术方案中，金属M的钴酸盐，即NiCo₂O₄、FeCo₂O₄、CuCo₂O₄、MnCo₂O₄。

上述技术方案中，除了以钴酸盐形式存在的金属M，其他金属M以氧化物形式存在。

上述技术方案中，优选地，活性组分中，金属M选自Mn和A，A选自Ni、Fe、Cu中至少一种。优选地，Mn与A的原子比为1:1～5:1，优选为1:1～3:1。

上述技术方案中，所述碳材料为石墨烯、碳纳米管、活性炭中的至少一种，比表面积为200～400m²/g。优选地，所述碳材料优选为碳纳米管。