[发明专利]碱性有机液流电池用石墨毡电极及改性方法

说明书

本发明提供一种碱性有机液流电池用石墨毡电极及改性方法，包括步骤：1)将石墨毡浸泡在硫酸和硝酸组成的混酸中然后超声处理；2)配制Mn²⁺溶液：3)通过电沉积法将二氧化锰沉积在石墨毡纤维表面制得改性电极：采用三电极体系，将经过混酸处理的石墨毡作为工作电极，Hg/Hg₂SO₄电极作为参比电极，石墨板作为对电极，使用循环伏安法进行电沉积，石墨毡表面沉积二氧化锰后将石墨毡取下，水洗后烘干备用。本发明的石墨毡上的二氧化锰分布均匀，石墨毡电极改性后提升了其亲水性和电化学活性，减少了碱性有机液流电池电极的极化，有效提高了碱性有机液流电池的容量和能量效率。改性方法所需成本较低，反应简单易行，可规模化生产。

技术领域

本发明属于液流电池技术领域，特别是涉及一种碱性有机液流电池电极及其改性方法。

背景技术

随着社会和经济的发展，对能源需求日益增加，化石能源的大量消耗所造成的环境压力日益突出。因此，各国家需要实现节能减排以及大规模利用可再生能源。风能、太阳能等可再生能源发电受时间、昼夜、季节等因素影响，具有明显的不连续、不稳定及不可控的非稳态特性。因此，大规模高效储能的技术是解决可再生能源发电不稳定的重要途径。液流电池由于具有安全性高、储能规模大、效率高、寿命长等特点，在大规模储能领域具有很好的应用前景。

电极是液流电池的关键材料之一，在为液流电池发生氧化还原反应提供电化学活性表面方面起着至关重要的作用。因此需要具有高表面积，高孔隙率，高电化学活性和稳定性的电极以增强液流电池的性能。电极表面化学和组成对其对特定氧化还原反应的电化学活性有着显著的影响。这会严重影响液流电池的工作电流密度。因此，需要一种具有最小过电位的高性能，高效率的电极。氧化还原液流电池的电极材料通常是石墨毡，这是因为它们的低成本，高电导率和在浓酸性电解质中的高稳定性。然而，原始石墨毡的低电化学活性和动力学可逆性将氧化还原液流电池的操作限制在低电流密度(～50mA/cm²)下，这反过来又提高了液流电池系统的成本。

目前，除了通过不同的处理方法向石墨毡表面引入羧基、羟基、氧和吡啶氮等官能团，还可以用纳米结构的电催化剂如金属或金属氧化物纳米粒子进行表面修饰，不同纳米结构的协同作用也被证明是提高电极电化学活性和降低电子转移过电位的有效途径。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种碱性有机液流电池用石墨毡电极及改性方法

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种碱性有机液流电池用石墨毡电极的改性方法，包括如下步骤：

1)将石墨毡浸泡在硫酸和/或硝酸组成的酸中超声处理；

2)配制Mn²⁺溶液：

3)通过电沉积法将二氧化锰沉积在石墨毡纤维表面制得改性电极：采用三电极体系，将经过超声处理的石墨毡作为工作电极，Hg/Hg₂SO₄电极作为参比电极，石墨板作为对电极，使用循环伏安法进行电沉积，石墨毡表面沉积二氧化锰后将石墨毡取下，水洗后烘干备用。

作为优选方式，步骤1)进一步为：

1)首先将石墨毡浸泡在硫酸和/或硝酸组成的酸中超声处理，酸中硫酸浓度为0-18mol/L，硝酸浓度为0-14mol/L，石墨毡在进行酸中超声处理的时间1min-1h，超声时水浴温度为23-80℃。

作为优选方式，步骤2)进一步为：

2)配制Mn²⁺溶液：在浓度为0.1～1mol/L的Na₂SO₄或CH₃COONa溶液中，常温下配制出Mn²⁺浓度为0.05-0.5mol/L的Mn²⁺溶液。