[发明专利]一种全钒液流电池用复合电极的制备方法

摘要

本发明涉及电池制造及能源存储领域，具体为一种全钒液流电池用铋基催化剂/纳米碳纤维复合电极的制备方法。首先配制实验所需的纺丝液，然后将铋盐与纺丝液混合均匀。通过静电纺丝的方法，制备出所需要的纳米纤维膜，然后在空气中对纳米纤维膜进行预氧化，在惰性气氛管式炉中碳化，得到所需要的铋基电催化剂/纳米碳纤维复合电极。对所得到的电极材料进行清洗、烘干后，即可对其进行相关电化学性能表征和充放电性能测试。采用本发明制备的全钒液流电池复合电极材料，碳纤维直径在纳米级别，比表面积相比传统使用过的电极材料大大增加。又由于将纳米碳纤维与高活性的铋基电催化剂复合，电极的电化学活性将大幅提高，从而极大地的提高全钒液流电池的能量效率。

主权项

一种全钒液流电池用复合电极的制备方法，其特征在于，包括以下的步骤和工艺方法：1）质量分数为10%的聚丙烯腈在搅拌条件下加入到二甲基甲酰胺中，水浴温度为60℃下搅拌2小时得到复合纺丝液，聚丙烯腈的平均分子量为150000；2）将铋粉加入到纺丝液中，所加入铋粉与溶液中的聚丙烯腈的质量比为1：100，搅拌12小时后，再超声6小时，得到均匀的复合纺丝液；3）将经过步骤2）得到的复合纺丝液加入到20ml的注射器中，针孔直径为0.3毫米，针头与转辊之间距离为12厘米，针头与转辊之间的纺丝电压为25kV，收集板为200微米厚的炭纸，转辊的转速为200转/分钟，纺丝液流速为0.5毫升/小时，纺丝温度为40℃，湿度为50%RH；4）将经过步骤3）得到的纳米纤维膜放到管式炉中预氧化和碳化，预氧化温度为250℃，升温速度为20℃/分钟，保温时间为2小时，气氛为空气；碳化温度为800℃，升温速度为10℃/分钟，时间为4小时，惰性保护气氛为氮气，气体流量为60毫升/分钟；5）将经过步骤4）得到的碳化后的电极材料用去离子水清洗3～4次，然后置于100℃的真空干燥箱中，保温时间为24小时；烘干之后的电极材料厚度在0.3毫米，最终得到的电极材料是由铋的化合物修饰的纳米碳纤维缠结而成的块体；利用静电纺丝技术制备出的钒电池用复合电极材料的比表面积为239.5 m2/g，利用静电纺丝将铋基化合物这种具有电催化活性的物质纺到纳米碳纤维内部，在电流密度为100 mA/cm2的恒流充放电测试条件下，应用该复合电极的电池的能量效率提高到82.4%。