[发明专利]一种锌镍单液流电池用正极材料及制备和应用

说明书

本发明涉及一种锌镍单液流电池用正极材料及制备和应用，所述正极材料由氧化镍颗粒和金属硫化物构成，金属硫化物包覆于氧化镍颗粒表面；所述金属硫化物为Zn、Fe、Cd、Pb、Cu或Ag中的一种或二种以上的硫化物。本发明首次提出硫化镍代替氧化钴包覆在氧化镍表面作为锌镍液流电池正极。解决现有材料循环性能差，包覆材料价格较高的问题。

技术领域

本发明涉及锌镍液流电池电极材料领域，具体为一种锌镍单液流电池用正极材料及制备和应用。

背景技术

锌镍液流电池是一种新型的低成本、高效率、环境友好型的液流电池，具有能量密度和电流效率高、装置简单易操纵、使用寿命长、成本低廉等优点，主要应用于电网调峰、风能和太阳能等可再生能源发电、电动汽车等领域。

锌镍液流电池电解液是流动的锌酸盐碱性溶液，电池中不使用离子交换膜，通过电池腔内离子的自由流动与外电路电子的定向运动构成电流回路。

但是，由于氧化镍的低电导率特点以及体积膨胀问题，导致其稳定性较差，目前通常是在氧化镍表面包覆氧化钴，形成复合材料，以限制循环过程中的体积膨胀，提高导电性。

然而，钴的价格较高，难以满足大规模应用。而氧化镍在高温下容易发生晶型转变，难以进行炭包覆。

发明内容

本发明目的在于提供一种氧化镍表面被金属硫化物均匀包覆的锌镍液流电池正极材料及制备方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种锌镍单液流电池用正极材料，所述正极材料由氧化镍颗粒和金属硫化物构成，金属硫化物包覆于氧化镍颗粒表面；所述金属硫化物为Zn、Fe、Cd、Pb、Cu或Ag中的一种或二种以上的硫化物。

正极材料中氧化镍质量百分含量60％-90％，氧化镍颗粒粒径在100nm-1um。

包括如下制备步骤，

将氧化镍颗粒、水溶性金属硫化物和有机添加剂混合后用水热络合反应溶解形成溶液或溶胶，超声分散，加入摩尔浓度为0.05-1mol/L的含金属离子的溶液，反应后自然冷却，用有机溶剂和去离子水分别洗涤、过滤，干燥得到金属硫化物包覆的氧化镍正极材料。

所述水溶性金属硫化物为硫化钠、硫化钾、硫化铯中的一种或二种以上；

所述有机添加剂为N-聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，溴化十六烷基三甲胺(CTAB)、聚乙二醇、Nafion或十二烷基磺酸钠(SDS)中的一种或二种以上；

水热络合反应体系中水溶性金属硫化物浓度为0.05-1mol/L；

水热络合反应体系中有机添加剂的浓度为0.01-1mol/L；

水热络合反应体系中氧化镍颗粒的质量浓度为2-5g/L；

所述水热络合反应的温度为20-60℃，反应时间为2-30h，反应pH为3～12。

所述超声分散的时间为0.5-3h；

所述含金属离子溶液的阴离子为醋酸根、硝酸根、Cl^-中的一种或二种以上；金属为Zn、Fe、Cd、Pb、Cu或Ag中的一种或二种以上。

所述洗涤过程中所用的有机溶剂为无水乙醇，丙酮，丁醇或四氯化碳。

所述正极材料在锌镍液流电池中的应用。

本发明所述的锌镍液流电池正极材料的制备方法包括如下步骤：

本发明金属硫化物包覆氧化镍正极材料的制备原理为：