[发明专利]杂原子改性铁铬液流电池电极的制备方法及所得电极

说明书

本发明提供一种杂原子改性铁铬液流电池电极的制备方法，包括以下步骤：（1）原始碳布预处理：将原始碳布使用氧化剂进行氧化处理，以使碳布表面具有含氧官能团，获得预处理碳布；（2）制备修饰的碳布：使用含杂原子的源溶液对预处理碳布进行杂原子修饰；（3）焙烧修饰的碳布：将修饰后的碳布在保护气氛中进行碳化烧结，形成杂原子掺杂的复合碳布电极材料。本发明制备的杂原子掺杂复合铁铬液流电池电极具有制备过程简单，成本低的优点。本发明制备的杂原子掺杂复合铁铬液流电池电极能够提高氢离子的析出电位，减少负极电解液的析氢量，从而提高电池的效率，同时减缓性能衰减。

技术领域

本发明属于储能技术领域，具体涉及一种电极材料的改性方法及所得电极。

背景技术

化石燃料有限及其对环境的影响的问题引起了人们对从可再生能源供应能源的极大关注；可再生能源的可变和间歇性本质使人们很难将这些能量有效地整合到现代电网中；大型储能技术已被认为是通过在多个时间尺度上平滑电力需求的高峰和低谷来解决此问题的一种选择。液流电池特别适合大量储存电力，因为它们采用独特的液流电池结构，从而提供了包括卓越的可扩展性、优异的耐用性和低自放电率的属性。

随着开发可替代的具有成本效益的氧化还原活性材料，在当前阶段，大幅提高电源组的功率密度非常重要。从这个意义上讲，开发先进的电池组件材料将是提高功率密度的最直接的方法。发生对流扩散反应过程的多孔电极是决定整个电池极化的关键因素之一。由于碳材料（碳布/纸/布）的高水力渗透性、出色的电子导电性和在电解质中的高稳定性，碳材料在铁铬液流电池中得到了广泛的探索和使用。但由于碳材料对液流电池氧化还原反应的反应活性低且碳材料的有效比表面积小，导致液流电池的功率密度较低。因此有必要将碳电极进行修饰，增加碳电极对氧化还原反应的催化活性与有效比表面积。常见的方法之一就是将各种电催化剂引入碳原子材料的表面上，以加速铁铬液流电池氧化还原反应的充电转移过程。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术中存在的不足之处，提出一种杂原子改性铁铬液流电池电极的制备方法，通过反应处理法，将杂原子掺杂到碳布基底，形成杂原子掺杂复合铁铬液流电池电极，以促进铁铬液流电池氧化还原反应底物的对流扩散与电化学反应过程。

本发明的第二个目的是提供所述制备方法得到的电极材料。

实现本发明上述目的的技术方案为：

一种杂原子改性铁铬液流电池电极的制备方法，包括以下步骤：

（1）原始碳布预处理：将原始碳布（P-CF）使用氧化剂进行氧化处理，以使碳布表面具有含氧官能团，获得预处理碳布（T-CF）；所述氧化剂选自空气、氧气、高锰酸钾、硝酸、硫酸中的一种或多种；

（2）制备修饰的碳布：使用含杂原子的源溶液对预处理碳布（T-CF）进行杂原子修饰；所述杂原子为N、S、P、B、Zn、Si、Fe、Mn中的一种或多种；

（3）焙烧修饰的碳布：将修饰后的碳布在保护气氛中进行碳化烧结，形成杂原子掺杂的复合碳布电极材料。

其中，步骤（2）所述的源溶液选自：含氨水的水溶液、含氨水的乙醇溶液、五硼酸铵(四水)水溶液、含尿素的乙醇溶液、含多巴胺的缓冲溶液、DMF（N,N-二甲基甲酰胺）的醇溶液、苯胺的樟脑磺酸溶液、过氧二硫酸铵的樟脑磺酸溶液中的一种或多种；或

选自二硫代乙酰胺、二苯基磷酸、六氯环三磷腈、硝酸锌、氯化锌、硝酸铁、氯化亚铁、卟啉铁、四对甲氧苯基卟啉钴、乙酸锰、硼酸、氯化铜、溴化铜、2-二甲基咪唑中的一种或多种的水溶液或醇溶液。

根据所用配方的不同，实验进行处理的时间与温度也进行相应调整。

其中，步骤（2）所述反应持续时间为6-16 h。

其中，步骤（3）所述保护气体为氮气或惰性气体。

其中，步骤（3）碳化烧结在管式炉中进行，进行炭化烧结温度为：300~1600 ℃。