[发明专利]一种全钒液流储能电池用电极材料及其应用

说明书

本发明公开了一种全钒液流储能电池用电极材料及其应用，包括：S1、电极材料的选用，选用二氧化硅材料或碳素类电极材料作为支撑基体，并掺混耐酸性的导电材料；S2、在支撑机体上的电极表面浸渍电催化剂使其被电催化；S3、获取电解液、钒氧化物粉末；S4、选用电容器，将电解液和电极放入至电容器之中。本申请通过采用气凝胶作为全钒液流储能电池的电极支撑机体，从而提高电解液内部中VO2(+)、VO(2+)、V(3+)和V(2+)电子转移的效率的作用，同时将三氧化钼电催化剂涂敷在以气凝胶掺混的碳素体支撑基体表面制备的电极材料，从而可大幅提高全钒液流储能电池的电流以及全钒液流储能电池的可控性。

技术领域

本发明属于电极材料技术领域，具体为一种全钒液流储能电池用电极材料及其应用。

背景技术

全钒液流储能电池因其具有输出功率和容量相互独立、系统设计灵活、能量效率高、寿命长、可靠性高等优点，在规模储能方面具有广阔的发展前景，被认为是解决太阳能、风能等可再生能源发电系统随机性和间歇性非稳态特征的有效方法，在可再生能源发电和智能电网建设中有着重大需求，电极作为全钒液流储能电池的关键部件之一，是化学储能系统充、放电反应的场所，要求其具有优异的抗氧化性、导电性、电催化性能、稳定性和机械强度，当前，全钒液流储能电池用电极材料主要分为金属类电极材料和碳素类电极材料，金属类电极材料由于在全钒体系强酸性电解液中的长期运行稳定性普遍较差，已被证实不适合用作全钒液流储能电池；然而，如果将碳素类材料直接用作电极材料，其电催化活性仍然不是太好，需要对其进行活化改性处理。

为了提高碳电极材料的电催化活性，研究人员尝试了多种方法对其进行修饰，分为物理修饰和化学修饰，物理方法包括空气气氛热处理、等离子体处理、微波处理等，化学方法包括离子交换法、酸碱处理法、电化学氧化法、引入活性基团法、元素掺杂法等，提高电催化活性对于降低电化学极化、进而增大钒流电池系统的充放电电流密度和能量密度具有重要意义，在目前的储能技术中，钠-硫电池和锂离子电池都面临着一些问题，如电极电催化效率低而导致电流较小的问题，因此，我们提出了一种全钒液流储能电池用电极材料及其应用，基于全钒液流电池技术开发出高性能的电极材料。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种全钒液流储能电池用电极材料及其应用，解决了现有全钒液流储能电池的电极电催化效率低而导致电流较小的问题，使其具有提高全钒液流储能电池的电极电催化效率以提高电池电流的优点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种全钒液流储能电池用电极材料及其应用，其步骤包括：

S1、电极材料的选用，选用二氧化硅材料或碳素类电极材料作为支撑基体，并掺混耐酸性的导电材料；

所述二氧化硅材料为由纯硅材料制成的硅气凝胶，掺混所述耐酸性的导电材料为碳素类电极材料，二氧化硅颗粒组成薄层，由多孔氧化铝微球制成三维网状结构；

所述碳素类电极材料主要包括碳纸、碳布、石墨板、碳毡以及碳纳米管等材料；

S2、在支撑机体上的电极表面浸渍电催化剂使其被电催化；

所述电催化包括对碳素类电极材料金属化合物对其进行氧化改性处理，通过在碳纤维表面修饰含氧官能团或者金属离子；

所述电催化剂混以Teflon或者MIM粘结剂浸渍或涂敷碳纤维表面作为钒流电池的正极和负极材料，将碳纸或碳毡切成所需的尺寸，放入上述系统中进行浸渍进行多次浸渍，每次5-15分钟，每次浸渍后进行干处理，直到达到所需负荷，或将上述系统涂布在碳纤维表面，通过刮涂和喷涂达到所需的负荷；

S3、获取电解液、钒氧化物粉末；

所述钒氧化物粉末通过球磨等方法将其细化为适当的颗粒大小，所述钒氧化物粉末研磨后颗粒物直径的大小为5-20μm；

S4、选用电容器，将电解液和电极放入至电容器之中。