[发明专利]一种改性碳布的制备方法及其应用

说明书

本发明提供一种改性碳布的制备方法及其应用。所述制备方法包括以下步骤：1）将锌盐、表面活性剂制成锌盐水溶液，将碳布浸入所述锌盐水溶液；2）步骤1）所得碳布干燥、焙烧；所述焙烧的温度为150~400℃；3）步骤2）所得碳布用Nafion溶液进行修饰。本发明提出的改性碳布的制备方法，用锌盐和Nafion溶液修饰碳布，提高了碳布作为电极材料的导电型，从而降低了电池的内阻。

技术领域

本发明属于能源材料技术领域，具体涉及一种电极材料的制备和应用。

背景技术

氧化还原液流电池是进年来备受关注的一种新型电池，该电池以液体电解液为电极活性物质，电池的结构材料可采用为碳材料、工程塑料等，价格低廉；电池可以做到极大的容量且安全有保证；因为电池的功率和容量互相独立设计，因此充放电、调解容量都十分灵活。

液流电池的主要关键材料包括电极、隔膜和电解液。当前主要的电极材料是采用碳毡（例如专利CN201310115553.7-钒电池碳毡电极的处理方法、CN201610738841.1-钒氧化还原液流电池用电极及包含它的钒氧化还原液流电池 等），碳毡是以石墨化度较高的碳纤维制成，孔隙较大，用于液流电池可获得较低的阻力降和电池内阻。

液流电池的结构是将电极置于隔膜的两侧，电极的外侧（隔膜侧记为内侧）设置碳板、板框。碳毡的厚度大多在5-8mm之间，用单电池组成电堆，电堆的大小也受到碳毡厚度的影响。如果用厚度远低于碳毡的碳布作为电池的电极材料，就可以大大减小电堆的厚度，相应地提高了电池的能量密度。

碳布是用高性能的碳纤维制造而成，按碳纤维种类可分成PAN基碳布、黏胶基碳布、沥青基碳布三类。市面上碳布主要有两种厚度：0.111mm和0.167mm。因此，用碳布代替碳毡是减小电堆尺寸的有效手段。但是现有碳布的主要应用领域尚未包括电极材料，碳布厂家主要致力于其机械强度等性能的改进，若将碳布用于电池，还需要对其电化学性能加以改进和提高。

发明内容

针对现有技术存在的不足之处，本发明的第一个目的是提出一种一种改性碳布的制备方法。

本发明的第二个目的是提供所述的改性碳布在铁-铬氧化还原液流电池中的应用。

实现本发明上述目的的技术方案为：

一种改性碳布的制备方法，包括以下步骤：

1）将锌盐、表面活性剂制成锌盐水溶液，将碳布浸入所述锌盐水溶液；

2）步骤1）所得碳布干燥、焙烧；所述焙烧的温度为150~400℃；

3）步骤2）所得碳布用Nafion溶液进行修饰。

其中，所述锌盐为Zn(CH₃COO)₂·2H₂O、二水合柠檬酸锌 、乳酸锌、硫酸锌中的一种或多种；所述表面活性剂为聚乙二醇、吐温-20、吐温-80、SDS（十二烷基硫酸钠）、乙二醇、NPE 壬基酚聚氧乙烯醚、MMA 甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种；

优选地，所述锌盐水溶液中，锌盐、表面活性剂、水的质量比为30-40:10-20:100。

其中， 步骤1）所述碳布先经过预处理，所述预处理为：在浓硫酸溶液中浸泡10~30小时，然后洗涤和干燥。

进一步地， 步骤2）所述焙烧的温度为200~300℃，焙烧的时间为1~4小时。

用Nafion溶液修饰电极材料，多是用滴涂的方法。对于面积较大的碳布，滴涂不能做到均匀涂布；而Nafion溶液粘度大，也不能用喷涂。本方法优选以下的涂布方法：