[发明专利]一种宏量生物质改性电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种宏量生物质改性电极材料及其制备方法，将干燥破碎的生物质莲子壳加入蔗糖溶液、去离子水，经研磨形成浆料；再将浆料球磨、超声；将经预处理的碳类电极材料放入超声后的浆料中进行沉积，取出并干燥，得到生物质负载的碳类电极材料；将生物质负载的碳类电极材料在惰性气氛状态下，升温至1045℃～1055℃，保温一段时间，随炉冷却降至室温，即获得宏量生物质改性电极材料。本发明一种宏量生物质改性电极材料及其制备方法以碳毡为原料，通过高温热解方法，以生物质碳源在碳毡电极表面形成纳米碳球，制备得到的生物质改性碳毡电极材料具有电导率高、比表面积大、钒离子催化性能好、稳定性好、电化学催化活性高等优点。

技术领域

本发明属于全钒氧化还原液流电池用电极材料技术领域，涉及一种宏量生物质改性电极材料及其制备方法。

背景技术

全钒氧化还原液流电池（VRB）因高功率和能量独立、设计简单灵活、循环寿命长、可快速充放电、运行成本低等优点，而被广泛地应用于风能、太阳能等可再生能源发电过程的大规模储能设备。同时，全钒氧化还原液流电池近几年也是电站储能、电网调峰等领域广泛适用的大规模储能技术。

然而，目前全钒氧化还原液流电池商业化进展受到高成本的制约，其中电极材料是决定电堆成本高低的关键因素。一种适用于全钒氧化还原液流电池的电极材料应当具备优良的电导率、高比表面积、优越的电化学活性和成本低廉等优点。传统金属电极的电化学可逆性差，且易被酸性电解液钝化；而铂、铱等贵金属或WO₃、MoO₂、CeO₂、ZrO₂、PbO₂、Mn₃O₄、Nb₂O₅等其他金属氧化物虽然具有电化学活性高、催化性能好和化学稳定性好等优点，但价格昂贵，制约其在全钒氧化还原液流电池中的大规模应用。

现阶段，全钒氧化还原液流电池应用最广泛采用的电极材料为碳类材料，如石墨毡、石墨、碳纸、碳布和碳纤维等。然而，这类碳材料直接应用到全钒氧化还原液流电池作为电极的过程中存在着电导率低、电化学活性差以及电池性能差等问题，有必要对这类碳材料进行改性处理。

目前，针对全钒氧化还原液流电池的碳类电极材料常见的改性方法主要包括：（1）材料本征处理：在碳类电极材料表面引入含氧官能团，该类方法简单，操作方便，但提升电池性能的能力有限；（2）碳纳米材料修饰：为反应提供更多的活性位点，增强电极的电化学活性，但是电极制备过程繁琐，修饰在电极表面的碳纳米材料在液流电池电解液的流动下容易被冲刷掉，从而影响电极的活性和使用寿命；（3）金属或其氧化物修饰：将金属或其氧化物修饰在碳类电极材料表面，但金属或其氧化物的引入，即提高了电池的组装成本，也存在污染液流电池电解液的风险；（4）杂原子掺杂：将氮、磷等原子掺入到碳类电极材料电极中，避免了表面修饰的催化剂被电解液破坏，性能更加稳定，但仍然存在提升电池性能的能力有限的问题。

综合上述，需要对碳基电极材料进行新的改性处理，提高其电导率、电化学活性，提高全钒氧化还原液流电池的整体性能，并降低其制作成本。

发明内容

为了达到上述目的，本发明提供一种用于全钒氧化还原液流电池的宏量生物质改性电极材料的制备方法，获得具有电导率高、比表面积高、电化学活性高、对钒离子催化性能好、稳定性好的宏量生物质改性电极材料，改性成本低以及全钒氧化还原液流电池整体性能好，解决了现有技术中存在的碳毡电导率差、化学活性低、比表面积低、稳定性差、在全钒氧化还原液流电池中性能差，造成全钒氧化还原液流电池成本高以及生物质材料不能直接制成粉末作为电极材料应用等问题。

本发明所采用的技术方案是，一种用于全钒氧化还原液流电池的宏量生物质改性电极材料的制备方法，包括以下步骤：