[发明专利]低共熔溶剂改性石墨毡电极及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种低共熔溶剂改性石墨毡电极，涉及电池电极材料技术领域，其制备方法如下：S1：利用氯化胆碱和乙二醇制备DES混合溶液；S2：将石墨毡在步骤S1中制备DES混合溶液中，进行超声处理；S3：将步骤S2中处理后的石墨毡进行热处理，得到改性电极；发明公开了一种低共熔溶剂改性石墨毡电极在电池方面的应用，能够提高石墨毡的电催化活性、润湿性并降低电解液流动阻力以及电池的极化损失和泵功损耗。

技术领域

本发明涉及电池电极材料技术领域，特别是涉及一种低共熔溶剂改性石墨毡电极及其制备方法与应用。

背景技术

随着城市与工业化的发展，对于能源的需求量与日俱增，能源危机问题变得迫在眉睫。传统的化石能源的储量日渐消耗，因此发展可再生能源亦成为必然的趋势，但由于可再生能源的不连续性和不稳定性，需要搭配大型储能系统用于其能量的收集，以实现能量的自由利用。

氧化还原液流电池作为一种长效储能技术可以满足当前能源结构变化对大型高效储能系统的要求。RFB的一个典型特征是电池的功率密度与储存容量相互独立可灵活调节，因此在大规模的储能系统中具有独特的优势。液流电池按溶剂主要分为两大类：水系液流电池和非水系液流电池。目前一些水系液流电池已经实现了商业化的发展，然而由于水的电化学窗口窄(标准状态下为1.23V)导致该类电池的能量密度发展受限。非水溶剂的出现拓宽了液流电池的应用范围，与水相比，采用诸如有机溶剂和离子液体一类的非水溶剂可提供更宽的电化学窗口(4V)和潜在的高能量密度。据研究，一种与离子液体相似的Deepeutectic solvents(DESs)具备更强的溶解力，固体物质能更多的在DES中溶解，这就使它具有成为优良溶剂的潜质。

电极作为液流电池的关键部件，其直接影响着电池的效率与寿命。在液流电池中，合格的电极应该具备高的电化学活性以实现电能与化学能之间的良好转换，同时一定的机械强度也应该被考虑，去为电解液在其中的流动提供稳定的环境。除此之外，电极的导电性、润湿性和结构等物理特性也是重要的参数。碳素类电极是当前液流电池储能体系中运用最广泛的一类电极，其主要成分为聚丙烯腈(PAN)。现阶段运用较广泛的碳素类多孔电极包括石墨毡、碳纸、碳布等，其中石墨毡由于良好的导电性和稳定性已成为液流电池电极的首选，然而由于石墨毡较差的电催化活性、润湿性以及电解液流动阻力高，对电池的极化损失和泵功损耗造成较大的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种低共熔溶剂改性石墨毡电极及其制备方法与应用，以解决上述现有技术存在的问题，能够提高石墨毡的电催化活性、润湿性并降低电解液流动阻力以及电池的极化损失和泵功损耗。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种低共熔溶剂改性石墨毡电极的制备方法，包括如下步骤：

S1：利用氯化胆碱和乙二醇制备DES混合溶液；

S2：将石墨毡在步骤S1中制备DES混合溶液中，进行超声处理；

S3：将步骤S2中处理后的石墨毡进行热处理，得到改性电极。

优选的，所述步骤S1中，氯化胆碱和乙二醇的摩尔比为1：2。

优选的，所述步骤S2中，超声处理过程中，DES混合溶液的温度为65℃。

优选的，所述步骤S2中，超声处理过程中，超声处理的时间为3h。

优选的，所述步骤S3中，步骤S2中处理后的石墨毡在800℃的管式炉中热处理3h。

优选的，所述步骤S3中在N₂气氛下进行。

本发明还提供了一种低共熔溶剂改性石墨毡电极，采用如上所述的低共熔溶剂改性石墨毡电极的制备方法制备而成。

本发明还提供了一种如上所述的低共熔溶剂改性石墨毡电极在电池中的应用。