[发明专利]全钒液流电池用电极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池的电极材料及其制备方法，尤其是一种全钒液流电池用电极材料及其制备方法。

背景技术

全钒液流电池由于电解液中VO₂⁺的强氧化性及硫酸的强酸性，作为钒电池的电极材料必须具备电化学活性好、耐强氧化和强酸性、导电性能好以及机械强度高等特点。到目前为止，所用的电极材料主要有以金、铅、钛、钛基铂和氧化铱DSA为代表的金属电极、以石墨毡、碳毡和石墨-碳复合材料为代表的碳素电极和复合导电塑料电极。研究表明金属电极成本太高、可逆性较差、长期使用后容易发生钝化，降低电池性能；而复合导电塑料电极电阻率较大；碳素电极相对价格便宜、使用寿命长、可靠性高、使用和维护费用都较低，但其可逆性依然较差，因此电池性能受到制约。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可逆性良好的全钒液流电池用电极材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明方法的工艺步骤为：

（1）乙炔黑的氧化处理：取乙炔黑经由空气或氧化剂进行氧化处理；

（2）乙炔黑吸附钨酸：氧化处理后的乙炔黑加入含有钨酸根离子的溶液中，加入酸液调节pH值至酸性，使钨酸在乙炔黑表面析出并被其吸附，然后室温陈化、过滤、洗涤并烘干；

（3）煅烧：将吸附有钨酸的乙炔黑进行煅烧，然后研磨得到乙炔黑负载氧化钨电极材料。

本发明方法所述步骤（1）中的的空气氧化为：乙炔黑置于加热装置中以2～10℃/min的升温速度加热至600～800℃并保温0.5～5h，然后冷却至室温，再将冷却后的乙炔黑进行清洗。所述步骤（1）中的氧化剂氧化为：乙炔黑置于体积浓度为5～30%的双氧水中，并加稀酸至pH≤3，保持微沸状态氧化处理2～12小时，然后将乙炔黑过滤、洗涤并烘干。

本发明方法所述步骤（2）中含有钨酸根离子的溶液为钨酸钠溶液，溶液的质量浓度为1～15%。所述步骤（2）中溶液所含的钨酸根离子和乙炔黑的摩尔比为0.006～0.2:1。所述步骤（2）中加入酸液调节pH≤3，然后继续搅拌0.5～4小时。所述步骤（2）中的酸液为稀盐酸、硫酸或硝酸，稀酸的浓度范围为1～4mol/L；酸液的滴加速度为0.5～15ml/min。所述步骤（2）中室温陈化2～48h。

本发明方法所述步骤（3）中煅烧为：吸附有钨酸的乙炔黑在加热装置中以2～10℃/min的升温速度加热至200～600℃，保温1～5h。

本发明还提供了一种上述制备方法制备的全钒液流电池用电极材料。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明针对石墨毡或碳毡表面积小、极性小，电极反应可逆性依然较差的缺点，采用具有高比表面的乙炔黑负载极性大的钨氧化物，利用金属氧化物达到活化钒离子的目的。本发明提供了一类电化学可逆性良好的负载钨氧化物的乙炔黑全钒液流电池电极材料制备方法，从而可以从根本上提高全钒液流电池的性能。

本发明首先通过对乙炔黑进行氧化处理，然后再将钨氧化物覆盖于乙炔黑的表面，以提高乙炔黑对全钒液流电池氧化还原电对的电化学可逆性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明中负载钨氧化物的乙炔黑全钒液流电池电极材料在1.4mol/L VOSO₄+4mol/L H₂SO₄电解液中不同扫速时的循环伏安图。

具体实施方式

实施例1：本全钒液流电池用电极材料采用下述方法制备而成。

（1）将乙炔黑在加热装置中以5℃/min的升温速度加热至800℃并保温2h，自然冷却至室温后，用蒸馏水洗涤过滤并烘干。

（2）将1.4g Na₂WO₄·2H₂O溶解于14mL水中，配制好质量浓度为9%的钨酸钠溶液，加入氧化处理后的乙炔黑1g（钨酸钠和乙炔黑的摩尔比为0.05:1），在磁力搅拌下，以3mL/min速度滴加4mol/L盐酸16mL，溶液pH＝1，盐酸全部加入后继续搅拌0.5h后，室温条件下静置陈化12小时后进行抽滤、洗涤，并烘干。

（3）再放入马弗炉中以5℃/min升温速度升温至500℃并保温2h，即获得WO₃质量分数为0.5的全钒液流电池电极材料－负载钨氧化物的乙炔黑。

实施例2：本全钒液流电池用电极材料采用下述方法制备而成。