[发明专利]一种钒电池高电密用改性石墨毡及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种钒电池高电密用改性石墨毡及其制备方法与应用，至少包括以下步骤：步骤S1：得到第一前驱体；步骤S2：得到第二前驱体；步骤S3：将丙烯酸、丙烯酰胺、2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸、交联剂和链转移剂依次加入到蒸馏水中，搅拌充分并利用碱液中和，得到分散液；步骤S4：将所述第二前驱体浸渍于所述分散液中，并加入引发剂，冷却干燥，得到分散液包覆第二前驱体；步骤S5：碳化所述分散液包覆第二前驱体，得到所述改性石墨毡。本发明可有效提高石墨毡纤维的比表面积，碳化得到的碳层不仅起到固定纳米球保证碳球结构的作用，还拥有良好的导电性、较多缺陷位，可提供更多含氧官能团，为氧化还原反应提供足够的活性位点。

技术领域

本发明涉及一种全钒氧化还原液流电池（VRB）用石墨毡技术领域，尤其涉及一种钒电池高电密用改性石墨毡及其制备方法与应用。

背景技术

自从20世纪70年代液流电池概念提出以来，各国政府、学术界即产业界为促进液流电池技术开发即产业化付出了巨大的努力。全钒液流电池技术随着近十余年在基础研发、产业化即技术应用等多方面的公关，电池系统安全、寿命长、环保及可靠性得到了初步验证，成为商业化应用最为广泛的液流电池储能技术，随着绿色新能源的快速发展，全钒液流电池技术产业将迎来市场和产业爆发期。

钒电池电解液中的活性物质在电极-电解液界面接受或给出电子来完成电化学反应，实现电能与化学能之间的转变，进而完成能量的存储与释放。石墨毡电极是全钒液流电池的关键部位，其材料的好坏直接影响着电化学反应速度、电池内阻及电解液分布的均匀性。

现阶段，高功率密度电堆的设计可大幅度降低全钒液流电池的制造成本，成为全钒液流电池研究发展的重要方向。但高功率密度需要电极在高工作电流密度下具备较高的电化学催化活性和电化学可逆性，因此需要增加石墨毡电极活性面积及亲水性，进而降低活化极化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钒电池高电密用改性石墨毡及其制备方法与应用，制备的改性石墨毡具有很高的比表面积，丰富的活性位点，可适用于高工作电流密度，使得高功率钒电池电堆具有较高的能量效率。

本发明采用的技术方案如下：

一种钒电池高电密用改性石墨毡的制备方法，至少包括以下步骤：

步骤S1：将含有模板剂的水溶液和氨基化试剂混合，加热搅拌，冷却离心，清洗得到第一前驱体；

步骤S2：将石墨毡浸渍于所述第一前驱体的水溶液中，干燥，得到第二前驱体；

步骤S3：将丙烯酸、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、交联剂和链转移剂依次加入到蒸馏水中，搅拌充分并利用碱液中和，得到分散液；

步骤S4：将所述第二前驱体浸渍于所述分散液中，并加入引发剂，冷却干燥，得到分散液包覆第二前驱体；

步骤S5：碳化所述分散液包覆第二前驱体，得到所述改性石墨毡。

作为优选，按照重量份数计，所述改性石墨毡中组分的含量为：30-60份模板剂、40-70份氨基化试剂、30-50份丙烯酸、20-40份丙烯酰胺、5-10份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、1-2份交联剂、0.2-0.5份链转移剂、0.5-1.5份引发剂。

作为优选，所述模板剂为二氧化钛纳米颗粒；

作为优选，所述氨基化试剂选自氨丙基三乙氧基硅烷、聚二烯丙基二甲基胺盐酸盐中的至少一种。

作为优选，所述交联剂选自N,N'-亚甲基二丙烯酰胺、环氧氯丙烷、二乙烯基苯、双叔丁基过氧异丙基苯中的至少一种。

作为优选，所述链转移剂选自十二烷基硫醇、亚硫酸氢钠、次亚磷酸钠、三硫代碳酸酯中的至少一种。