[发明专利]一种笼状多孔碳材料在液流电池中的应用

说明书

本发明涉及一种笼状多孔碳材料在液流电池中的应用，结构对溴具有捕获作用的液流电池用电极材料及其在液流电池中的应用，以球型模板剂制备笼状结构通过孔径筛分效应和吸附双重作用实现对溴的捕获。该类材料具有制备方法简单，捕获能量强，导电性好，化学稳定性好有益的特点，该材料组装的溴基液流电池具有较高的能量效率和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及液流电池电极材料领域，具体涉及一种电极材料在溴基电池中的应用。

技术背景

随着人们对能源的需求量不断上升，有限的化石能源难以势必难以一直满足人们的需求，因此开发和利用风能、太阳能等可再生能源的受到广泛关注。然而这些能源具有不连续、不稳定性，导致弃风弃光率高，资源浪费。而储能技术通过能量的储存与释放可以提高可再生能源利用率和稳定性，是开发利用新能源的关键技术。液流电池是一种适合于大规模储能的电化学储能技术，其特点是能量储存在在电解液中，实现功率与能量相互独立。

溴基液流电池是由Br₂/Br^-与另一电对组成的一类液流电池。由于溴储量较大，成本低，较高的电极电势并具有较高的溶解度，因此此类电池具有低成本，高开路电压和能量密度等优点。如：锌溴液流储能电池理论开路电压1.83V左右，理论能量密度430Wh/kg。

但是，溴基液流电池仍存在一部分问题需要进一步研究解决方法。其中溴单质的污染性以及Br₂/Br^-电对反应速率低等问题都较为棘手。电池充电时产生的溴单质一方面穿过隔膜到达负极，与负极发生化学反应，造成电池的自放电；一方面扩散到环境中造成污染。针对这些问题，高效的络合剂加入至电解液中，使络合剂与溴络合并转移至油相，以降低水中的溴单质浓度。以降低溴单质扩散问题；此外，开发高效的阻溴隔膜，在保证离子导电物种自由通过的同时，调控隔膜厚度及孔径以达到对正、负极电解质溶液的隔离的目标，以实现减少溴的渗透。

液流电池的电极为活性电对的电化学反应提供场所，若能将活性电对的反应局限在电极中，将大大降低电解液中溴的浓度，以降低溴单质的污染以及跨膜后造成自放电。考虑到电解质溶液中Br-半径远远小于溴单质络合物的半径，溴单质络合物可以通过微孔膜进行分离的实验事实，拟利用孔径筛分和物理吸附作用，实现Br-可以自由通过电极材料，而形成的溴单质与络合剂络合成较大的体积的络合物被局限在电极材料中，通过对孔径的调控实现的电极材料对溴的限域作用。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明目的在于提供一种具备存储溴单质和催化溴单质的双功能电极材料。

实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：

一种笼状多孔碳材料在液流电池中的应用，所述笼状多孔碳材料是由多孔碳材料围绕成的内部带有中空腔室的颗粒，颗粒粒径为20.34nm-1100nm，厚度为0.34nm-100nm。

多孔碳材料孔径为0.1-30nm，多孔碳材料的比表面积为0.1-3000m²/kg。

以酚和醛在颗粒型模板剂上聚合制备成笼状多孔碳材料前驱体，并用水蒸汽活化、二氧化碳活化或碱活化的方法控制笼状多孔碳材料前驱体的孔径，制备出笼状多孔碳材料。

所述酚包括苯酚、间苯二酚、苯三酚中的一种或二种以上；醛包括甲醛、乙醛、丙醛、中的一种或二种以上；酚与醛的摩尔比为0.1-10，笼状多孔碳材料前驱体为以酚和醛在颗粒型模板剂上聚合而成的酚醛树脂。

所述用于制备笼状多孔碳材料的颗粒型模板剂为二氧化硅、聚甲基丙烯酸甲酯、氧化锌、氢氧化铁、四氧化三锰或三氧化二铝颗粒中的一种或二种以上，其直径为20nm-1um。

所述的笼状多孔碳材料按如下过程制备而成：

1)将模板剂分散在溶剂中，在温度为20-100℃下充分搅拌0.5-12h，溶液中模板剂的浓度为5-70wt％；