[发明专利]一种基于硅烷水解液的钒电池电极的电化学改性方法

说明书

本发明公开了一种基于硅烷水解液的钒电池电极的电化学改性方法，属于新型液流电池储能材料领域。该方法包括以下步骤：将聚丙烯腈基碳毡/石墨毡进行酸洗；配制硅烷水解液；使用配制的硅烷水解液，对酸洗后的聚丙烯腈基碳毡/石墨毡进行电化学处理；将经过电化学处理后的聚丙烯腈基碳毡/石墨毡在管式炉中氮气保护气氛下碳化，获得全钒液流电池的改性电极。本发明的碳毡/石墨毡具有较低的析氢活性，尤其适用于钒电池负极电极材料，提高电池效率，降低析氢副反应；本发明的碳毡/石墨毡电极材料经过改性后，用作钒电池电极后，在250mA/cm²能量效率达到到80％。本发明满足环保要求，工艺简单，易于形成产业化。

技术领域

本发明涉及新型液流电池储能材料技术领域，特别是一种基于硅烷水解液的钒电池电极的电化学改性方法。

背景技术

全钒氧化还原液流电池(钒电池)是利用不同价态的钒离子间的氧化还原反应进行能量储存与转化的二次能源系统。其特点是：无排放污染、容量可调、循环寿命长、可深度大电流密度放电、充电迅速、能量转化率高。钒电池作为储能电源主要应用在电站调峰、大规模光电转换、风能发电的储能电源以及作为边远地区储能系统，不间断电源或应急电源系统。

目前，钒电池使用的电极材料主要为碳素类的石墨毡/碳毡，该材料具有电阻率低、稳定性好、比表面积大的优点。但其电化学活性相对较低，需要对其进行活化处理，来提高电化学活性和电池性能。

目前报道较多的活化处理方法包括：贵金属修饰、酸活化处理、电化学阳处理法等。贵金属修饰，步骤复杂，需要高温烧结，只局限在实验室范围内使用。热活化处理操作弹性小，氧化反应不容易控制，过度氧化降低电极材料的稳定性和使用寿命。酸活化处理的效果不十分明显。而电化学处理法则简便易行，效果明显。但目前使用硫酸为电解液，会导致纤维表面氧化反应较剧烈，加之酸介质对氧化降解反应的促进效应，纤维表面刻蚀现象严重，会降低材料的使用寿命。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种基于硅烷水解液的钒电池电极的电化学改性方法，克服了热处理、酸处理、贵金属修饰等方法的存在技术局限，工艺简单、处理条件缓和，电极材料的活性提高明显。

本发明公开了一种基于硅烷水解液的钒电池电极的电化学改性方法，包括以下步骤：

步骤1、将聚丙烯腈基碳毡/石墨毡进行酸洗；

步骤2、配制硅烷水解液；

步骤3、使用步骤2中配制的硅烷水解液，对步骤1中酸洗后的聚丙烯腈基碳毡/石墨毡进行电化学处理；

步骤4、将步骤3中经过电化学处理后的聚丙烯腈基碳毡/石墨毡在管式炉中氮气保护气氛下碳化，获得全钒液流电池的改性电极。

进一步地，所述硅烷水解液包括的组分和含量分别为：硅烷5～30g/L；助溶剂5～40g/L；氧化剂0.1～4g/L；pH调节剂0.1～3g/L；去离子水余量。

进一步地，所述硅烷为KH540、KH550、KH560、KH561、KH570、KH571、KH580、KH590、中的一种或两种以上；助溶剂为乙醇、异丙醇、乙二醇、丙醇、二丙二醇、聚乙二醇、丙二醇、聚丙二醇中的一种或两种以上组成。

进一步地，所述氧化剂为双氧水、亚硝酸钠、亚硝酸钾、次氯酸钠、高锰酸钾、硝酸锌、硝酸钙、过硼酸钠、过硼酸钾中的一种或两种以上。

进一步地，所述硅烷水解液的pH调节剂为氢氧化钠、氨水、三乙醇胺、盐酸、硝酸、醋酸中的一种或两种以上。

进一步地，对所述聚丙烯腈基碳毡/石墨毡进行酸洗所使用的酸洗液由盐酸、硝酸、氢氟酸、硫酸和水混合而成，其各组分的含量为：盐酸30～150g/L、硝酸5～50g/L、氢氟酸5～20g/L、硫酸10～100g/L、其余为水。