[发明专利]一种钒电池石墨毡电极材料的化学掺杂改性方法

说明书

本发明提供一种钒电池石墨毡电极材料的化学掺杂改性方法，属于绿色能源材料领域，将聚丙烯腈基石墨毡用去离子水超声清洗，在烘箱中干燥，然后将铁镍微球粉末超声分散在石墨毡中，取出后放入高锰酸钾和硫酸的混合溶液中浸泡，用去离子水清洗，在烘箱中烘干，得到电化学活性高的钒电池铁镍掺杂石墨毡改性电极材料。本发明的钒电池石墨毡电极材料经过化学掺杂改性以后，铁的质量掺杂量为0.2～0.5％，镍的质量掺杂量为0.01～0.05％，吸水率提高350～485％，用作钒电池电极以后，比电容提高18～28％、能量效率提高到60～73％。

技术领域

本发明涉及一种钒电池石墨毡电极材料的化学掺杂改性方法，属于绿色能源材料领域。

背景技术

随着社会的发展，能源危机日益严重，即使是太阳能、风能、或是地热能这类可持续再生能源，也都存在着不可连续性和不可预见性的问题，为解决该问题，国家发展改革委员会明确提出要研究高效节能、解决储能中的关键问题，推进国家能源结构向多元化发展，这就要求开发具有稳定性和可靠性的大容量储能系统。

全钒液流电池具有成本低、使用寿命长、转化效率高、支持频繁充放电、环保、无污染、无噪音等特点，引起越来越多的重视。

聚丙烯腈基石墨毡电极具有比表面积大、稳定性、良好的电化学性能和导电性质，因此适合用作钒液流电池的电极。然而，石墨毡在钒电池电解液中的润湿性差、活性点位较少、催化活性较低等问题，因此如何对其改性处理，成为钒电池走向市场化的关键性技术之一。

发明内容

针对上面提到的技术问题，本发明提供一种钒电池石墨毡电极材料的化学掺杂改性方法，以聚丙烯腈基石墨毡为钒电池的电极材料，将铁镍微球粉末超声分散在石墨毡中，在高锰酸钾溶液介质中对石墨毡进行化学掺杂改性，得到亲水性强、电化学活性高、比电容高、极化小、能量效率高的钒电池电极材料。

本发明的技术方案如下：

将聚丙烯腈基石墨毡用去离子水超声清洗干净，在烘箱中烘干，然后将铁镍微球粉末超声分散在石墨毡中，取出后放入高锰酸钾和硫酸的混合溶液中浸泡，用去离子水清洗，在烘箱中烘干，得到电化学活性高的钒电池铁镍掺杂石墨毡改性电极材料。

所述的一种钒电池石墨毡电极材料的化学掺杂改性方法，包括以下步骤：

(1)将聚丙烯腈基石墨毡裁剪为5cm×10cm尺寸大小，用去离子水冲洗一遍，然后浸泡在去离子水中超声清洗15～30分钟；

(2)取出聚丙烯腈基石墨毡，放在45℃的烘箱中烘干；

(3)将铁镍微球粉末放入去离子水中，超声波分散成悬浮液A；

(4)将烘干的聚丙烯腈基石墨毡放入悬浮液A中，继续超声波震荡10～15分钟，使铁镍微球均匀分散到聚丙烯腈基石墨毡孔隙中，然后在45℃的烘箱中烘干，得到沉积有铁镍微球的聚丙烯腈基石墨毡B；

(5)配制高锰酸钾和硫酸混合溶液，使混合溶液中高锰酸钾摩尔浓度为0.3～0.47mol/L，硫酸摩尔浓度为0.05～0.1mol/L，静置5～10分钟，使之混合均匀，得到混合溶液C；

(6)将聚丙烯腈基石墨毡B放入混合溶液C中浸泡30～60分钟，得到聚丙烯腈基石墨毡D；

(7)从混合溶液C取出聚丙烯腈基石墨毡D，用去离子水清洗干净，然后在45℃的烘箱中烘干，得到用于钒电池的铁镍掺杂石墨毡电极材料。

所述的钒电池石墨毡电极材料的化学掺杂改性方法，其优选方案为，改性后的石墨毡上掺杂了铁元素和微量的镍元素，铁的质量掺杂量为0.2～0.5％，镍的质量掺杂量为0.01～0.05％。

所述的钒电池石墨毡电极材料的化学掺杂改性方法，其优选方案为，在硫酸条件下的高锰酸钾不仅能氧化活化石墨毡，而且能氧化沉积在石墨毡中的铁微球。