[发明专利]用于钒电池的电极及其生产方法

说明书

本发明公开了一种用于钒电池的电极及其生产方法，属于电极制备技术领域。提供一种结合牢固、使用寿命长的用于钒电池的电极以及在该电极的制备过程中，能降低反应活化能、在碳纤维毡上引入了能增强钒电池电对活性和增加碳纤维材料表面电子转移的活性位点的含氮官能团的生产方法。所述的电极包括碳纤维毡与金属元素，所述的金属元素通过聚苯胺粘接在所述的碳纤维毡上。所述的生产方法使所述的电极以含钒的苯胺溶解液作为电化学聚合液，以水合肼稀释液作为还原液，将碳纤维毡作为工作电极，通过电化学聚合和聚苯胺还原处理获得。

技术领域

本发明涉及一种电极，尤其是涉及一种用于钒电池的电极，属于电极制备技术领域。本发明还提供了一种用于制备所述电极的生产方法。

背景技术

作为钒电池最重要的部件之一，电极及其相关特性，包括成本和加工工艺等，已经成为了钒电池系统研究和发展的关键方面。目前，碳素类电极特别是聚丙烯腈基碳纤维毡在钒电池中性能最好，但其也并不能满足钒电池需要，需要对石墨毡表面进行处理，以提高其性能。

常见的石墨毡处理方法有金属离子修饰、酸处理、热处理、氨化处理、电化学处理以及综合处理等。目前比较成熟的处理方法如酸处理环境污染大，不易操作，热处理耗能高，且二者在增加碳纤维毡活性的同时会破坏碳纤维毡表面的石墨层结构，使碳纤维毡的导电性能降低，金属修饰容易引入一些对钒电池性能不利的杂质元素，氨化处理不易工业化生产等。这几种常见的处理方法对官能团的含量和种类不是很好控制。随着对碳纤维毡处理方法的深入研究发展，活性官能团的种类和含量对钒电池性能的影响都是比较明显的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种结合牢固、使用寿命长的用于钒电池的电极。本发明还提供一种制备所述电极的过程中，能降低反应活化能、在碳纤维毡上引入了能增强钒电池电对活性和增加碳纤维材料表面电子转移的活性位点的含氮官能团的生产方法。

为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于钒电池的电极，包括碳纤维毡与金属元素，所述的金属元素通过聚苯胺粘接在所述的碳纤维毡上。

进一步的是，所述的金属元素为钒。

一种制备所述电极的生产方法，所述的电极以含钒的苯胺溶解液作为电化学聚合液，以水合肼稀释液作为还原液，将碳纤维毡作为工作电极，通过电化学聚合和聚苯胺还原处理获得。

进一步的是，在以含钒的苯胺溶解液作为电化学聚合液进行电化学聚合的过程中，还设置有作参比电极的饱和甘汞电极以及作对称电极的铂电极，所述的饱和甘汞电极、铂电极以及碳纤维毡工作电极均插接在所述的苯胺溶解液中。

上述方案的优选方式是，在以水合肼稀释液作为还原液还原聚苯胺的过程中，先将聚合了钒的碳纤维毡完全浸入蒸馏水中，然后按照碳纤维毡与水合肼的摩尔比为1﹕1.1～1﹕1.4加入水合肼，再在反应温度为80～95℃，反应转速为5～15转/秒的条件下反应24～36小时后，冷却至室温完成聚苯胺的还原工作。

进一步的是，含钒的所述电化学聚合液的制取包括含钒凝胶的制备、苯胺乙醇溶解液制备以及将含钒凝胶溶入苯胺乙醇溶解液中制成所述的电化学聚合液几个步骤。

上述方案的优选方式是，在制取所述的含钒凝胶时是按下述步骤进行的，取高纯五氧化二钒，按固液体积比1﹕1～1﹕3的比例加入浓度为98％的浓硫酸中，待五氧化二钒加入完成后，再按体积为浓硫酸5～10倍的比例向该浓硫酸加入蒸馏水，然后以转速为10～30转/秒的速度进行搅拌直至体系冷却至室温。

进一步的是，在将含钒凝胶溶入苯胺乙醇溶解液中制取所述的电化学聚合液时是按下述步骤进行的，先将苯胺和乙醇按固液体积比1﹕3～1﹕8的比例混合均匀，然后加入与苯胺质量比为1％～5％的五氧化二钒凝胶，接着按体积比为1﹕1的比例用硫酸调节体系的pH至0～2混合均匀完成所述电化学聚合液的制取。