[发明专利]一种基于膜电极的多硫化物液流电池的组装及测试方法

说明书

本发明提供了一种基于膜电极的多硫化物液流电池的组装及测试方法，电池的负极上刮涂有第一催化剂层，电池的离子交换膜上靠近负极的一侧面上喷涂有第二催化剂层。该电池的库伦效率高和循环性好。

技术领域

本发明涉及一种基于膜电极的多硫化物液流电池及其制备方法，属于液流电池技术领域。

背景技术

液流电池是正极和(或)负极电解质溶液储存于电池外部的储罐中，通过泵和管路输送到电池内部进行反应。在电池内部，正、负极电解液用离子交换膜(或离子隔膜)分隔开，正负极电解液分开、各自循环的一种高性能蓄电池。与普通的二次电池不同，液流电池的储能活性物质与电极完全分开，功率和容量设计互相独立，易于模块组合和电池结构的放置；电极只提供电化学反应的场所，自身不发生氧化还原反应；活性物质溶于电解液，电极枝晶生长刺破隔膜的危险在液流电池中大大降低；同时，流动的电解液可以把电池充电/放电过程产生的热量带走，避免由于电池发热而产生的电池结构损害甚至燃烧。液流电池具有容量高、使用领域(环境)广、循环使用寿命长的特点，具有广阔的应用前景。

多硫化物由于具有多电子、高溶解度和廉价等优势，是构建高能量密度液流电池最具潜力的负极活性物质。然而，由于多硫化物迟缓的氧化还原动力学，电池的输出功率较低；由于多硫化物的穿膜产生不导电的元素硫沉积在膜和正极集流体上(穿膜效应)，电池的库伦效率和循环性能较差。由于以上缺点，目前的多硫化物液流电池的大规模工业化应用无法实现。

发明内容

本发明提供了一种基于膜电极的多硫化物液流电池的组装及测试方法，可以有效解决上述问题。

本发明是这样实现的：

一种基于膜电极的多硫化物液流电池，电池的负极上刮涂有第一催化剂层，电池的阳离子交换膜上靠近负极的一侧面上喷涂有第二催化剂层。

作为进一步改进的，所述第一催化剂层和第二催化剂层的催化剂材料为石墨烯负载的过渡金属硫化物或过渡金属-氮-碳材料。

作为进一步改进的，所述石墨烯负载的过渡金属硫化物选自CoS_x@rGO、CuS_x@rGO、Ni₃S₄@rGO、Ni_1-xCo_xS₂@rGO、Ni_3-xCo_xS₄@rGO中的一种或几种。

作为进一步改进的，所述过渡金属-氮-碳材料选自Fe-N-C、Co-N-C、Ni-N-C中的一种或几种。

作为进一步改进的，所述第一催化剂层的催化剂的载量为2-30mg/cm²，所述第二催化剂层的催化剂的载量为1-20mg/cm²。

一种上述的基于膜电极的多硫化物液流电池的组装方法，包括以下步骤：

S1，将催化剂材料制备成刮涂浆料，刮涂于负极的表面；

S2，将催化剂材料制备成喷涂浆料，喷涂于阳离子交换膜的表面；

S3，组装多硫化物液流电池，保证阳离子交换膜喷涂有催化剂的一面朝向负极。

作为进一步改进的，所述将催化剂材料制备成刮涂浆料或喷涂浆料为：将催化剂材料均匀分散在有机溶剂A中，同时将粘结剂溶于有机溶剂B中，混合两种溶液，超声分散得到刮涂浆料或喷涂浆料。

作为进一步改进的，所述有机溶剂A选自乙醇、异丙醇或正丙醇中的一种或多种；所述有机溶剂B选自N，N-二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种；所述粘结剂选自PVDF、PTFE、Nafion中的一种或多种。

作为进一步改进的，所述催化剂材料和粘结剂的质量比为20：1-2：1。