[发明专利]一种液流电池电极材料及应用

说明书

本发明公开了一种液流电池电极材料及应用，所述的电极材料由多孔碳材料以滤纸波纹折叠的方式重构，波纹折叠高度为电极厚度，电极材料的波纹折叠高度为0.1‑10mm，波纹折叠间隙为0‑1mm，若干波纹之间由碳纤维丝材料进行串联固定。本发明利用碳纸、碳布等多孔材料重构的电极材料，具有较高的比表面积，能够缩短电子、质子传导路径，降低电解液流动阻力，可以根据电极框厚度进行电极厚度和局部结构的调整，在实际应用中具有较好的电极厚度和结构调整便利性，该方法能够有效提高液流电池性能，对于促进液流电池发展具有重要的作用。

技术领域

本发明涉及液流电池领域，具体涉及一种液流电池电极材料及应用。

背景技术

随着经济的发展，对能源的需求日益增加，化石能源的大量消耗所引起的环境问题日益突显。大规模利用可再生能源、实现能源多样化成为世界各国能源安全和可持续发展的重要战略。但是风能，太阳能等再生能源的不连续性和不稳定性，使得他们的直接利用困难，所以利用储能技术，实现可再生能源的连续供应成为解决上述问题的关键。液流电池是一种利用储存在电解液中的化学元素的价态变化实现能量储存与释放的电化学储能装置，由于设计灵活(能量，功率分开设计)，安全性好，设计寿命长，已经成为大规模储能市场最优前景的技术之一。

电极作为液流电池反应的场所，需要提高电极的比表面积，增加活性位点，提高电极催化活性，同时具有较小的电解液流动阻力。常用的电极种类包括碳纸、碳布、碳纤维毡等多孔碳材料，其中碳纤维毡是最常用的，但是碳纤维毡比表面积较低，厚度较大且不易调整，电子和离子传质阻力、流动阻力较大，因此需要开发高比表面积、低流动阻力的薄电极材料，对于液流电池的发展具有重要的意义。

发明内容

为解决现有技术的问题，本发明提供一种液流电池电极材料及应用。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种液流电池电极材料，多孔碳材料以类似滤纸波纹折叠的方式重构，波纹折叠高度为电极厚度。

基于以上技术方案，优选的，所述的电极材料波纹折叠高度为0.1-10mm，波纹折叠间隙为0-1mm，若干波纹之间可由碳纤维丝等材料串联固定在一起。

基于以上技术方案，优选的，所述的多孔碳材料为碳纸、碳布等，以柔性、可折叠材料为宜。

基于以上技术方案，优选的，所述的多孔碳材料的厚度为0.1-2mm，以沿折叠方向的纵向纤维占比多为宜。

基于以上技术方案，优选的，所述的多孔碳材料折叠重构过程可以在碳化或石墨化、活化过程的之前、之后或之间进行，即可以先进行折叠重构再碳化或石墨化、活化过程，也可以先碳化或石墨化、活化等过程，再进行折叠重构，还可以先碳化或石墨化再进行折叠重构之后活化过程。

基于以上技术方案，优选的，所述的碳化的条件为：在惰性气体(氩气)保护下1000-2000℃煅烧1-3h，所述的石墨化的条件为：所述的惰性气体(氩气)保护下2000-3000℃煅烧1-3h；所述的活化的条件为：在空气中300-600℃加热6-8h。

基于以上技术方案，所述的电极材料波纹间隙为电解液流动提供辅助通道，其形式不限，实现电解液的导流。

基于以上技术方案，所述的电极波纹折叠间隙用于插入辅助部件、辅助材料和催化剂等物质，可以在电极波纹间隙中增加特定的其他碳纸、碳布、碳纤维、纳米材料等多孔材料，或者催化剂等物质，实现电极材料局部材料比表面积、活性位点和催化活性的调整。

本发明还涉及保护上述的电极材料的应用，所述的电极材料可应用于全钒液流电池、铁铬液流电池等液流电池中，具体应用有两个方案：

方案一：电极材料可按照电极波纹间隙方向与电解液流动方向平行的形式放置在流场内，电解液通过电极波纹间隙流经电极材料。