[发明专利]钙钛矿修饰的碳素电极的应用以及有机水相液流电池

说明书

本发明公开了一种钙钛矿修饰的碳素电极的应用以及有机水相液流电池，能够将钙钛矿修饰的碳素电极应用于液流电池。经过钙钛矿修饰后的碳素电极具有较好的亲水性、导电性和电荷传递速率，将钙钛矿修饰的碳素电极组装在液流电池里面能够提高液流电池的能量效率。

技术领域

本发明属于液流电池技术领域，具体涉及一种钙钛矿修饰的碳素电极的应用以及具有该钙钛矿修饰的碳素电极的有机水相液流电池。

背景技术

随着经济的快速发展，伴随而来的环境以及能源短缺等问题日趋严重，促进一些清洁能源如风能、太阳能、潮汐能等大力发展。但是由于这些可再生能源的不连续不稳定性，使其利用受到大量限制，利用率低。因此需要大力发展储能技术，为电网的稳定性提供保障。在各种储能技术中，液流电池储能技术由于具有容量大、安全性高、低成本的优势是大规模储能技术的首选。其中由于钒液流电池由于电解质的有毒性，及强酸强腐蚀性等问题，限制了其广泛应用。

近年来，一种有机水相液流电池，由于其电解质具有丰富的选择，中性水相电解液即环保且廉价，被认为是液流电池中最有应用前景的一种。目前对有机水相液流电池的研究大多集中在活性物质的设计合成开发，利用有机物质丰富的选材及可调控性强的优点开发出电化学性能优越的活性物质。然而对于该电池体系中的电极材料则研究的较少。目前文献中报道的采用的电极材料大多是石墨毡，其具有较好的电导性和电化学稳定性高的优点。但其较差的亲水性和电化学活性制约着其进一步发展，特别是在长期使用其电化学活性会逐渐降低，致使电池整体性能下降。因此有必要对碳素电极进行性能修饰，促进其电化学活性，满足大规模储能系统工程应用。

并且，现有的钙钛矿与石墨复合物通常用于太阳能电池，鲜少有关于钙钛矿与碳素电极的复合物用于液流电池的研究和报道。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明提出一种钙钛矿修饰的碳素电极的应用，该钙钛矿修饰的碳素电极能够用于液流电池，该电极具有较好的亲水性、导电性和电荷传递速度，在用于液流电池时能够提高电池的电压效率和能量效率。

本发明还提出一种有机水相液流电池，该有机水相液流电池具有较高的能量效率。

根据本发明第一方面实施例的钙钛矿修饰的碳素电极的应用，将钙钛矿修饰的碳素电极应用于液流电池。

根据本发明实施例的钙钛矿修饰的碳素电极能够适用于液流电池，可以作为液流电池中的电极，不仅扩展了钙钛矿修饰的碳素电极的应用范围，而且还能够在用于液流电池时有效提高液流电池的整体性能。

根据本发明一个实施例，所述钙钛矿的分子通式为ABO₃型结构，其中A位为稀土或碱土离子，B位为过渡金属离子。

根据本发明一个实施例，钙钛矿修饰的碳素电极的制备方法包括以下步骤：S1、将碳素基体材料进行预处理后烘干备用；S2、制备修饰钙钛矿前驱体溶液备用；S3、将步骤S1中处理好的碳素材料放入步骤S2中的修饰钙钛矿前驱体溶液中浸泡处理，充分分散后进行水热反应；S4、将经过水热处理后的碳素电极取出，经过高温煅烧后得到钙钛矿修饰的碳素电极。

根据本发明一个实施例，步骤S1中，将所述碳素基体材料进行清洗并烘干，依次采用去离子水、乙醇及浓度为1％～5％的双氧水进行清洗，并将清洗完毕的所述碳素基体材料放入烘箱，在60℃～80℃的环境下烘干备用。

根据本发明一个实施例，步骤S2中将钙钛矿前驱体溶解在去离子水中，再加入柠檬酸、乙二醇和模板剂搅拌得到溶液A，步骤S3中将烘干的所述碳素基体材料放入所述溶液A中进行浸泡并充分分散，并把碳素电极和溶液一起倒入水热反应釜进行水热反应。

根据本发明一个实施例，步骤S2中，所述钙钛矿前驱体的浓度为0.1～2mol/L。

根据本发明一个实施例，步骤S2中，柠檬酸浓度为0.02～0.5mol/L。