CN106159286B - 一种应用于锌溴液流电池的修饰电极及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电极材料表面处理技术领域，特别涉及一种应用于锌溴液流电池的修饰电极及其制备的方法。该修饰电极基体材料可为石墨片或者碳毡，贵金属纳米颗粒附着在石墨片表面或者碳毡纤维表面，如铂、金、钯、铱等贵金属纳米颗粒。修饰电极制备方法，其特征在于，利用氯铂酸、氯金酸、氯钯酸铵或者三氯化铱等酸和盐配制前驱体溶液，并超声振荡2分钟，然后把石墨片或者碳毡浸入前驱体溶液中，再加入抗坏血酸或者水合肼等还原剂，把贵金属颗粒从其相关的前驱体溶液中还原至石墨片或者碳毡纤维表面，完成修饰电极的制备。本发明提供了一种结构简单，制备方法便捷的修饰电极，运用于锌溴液流电池后，能解决锌溴液流电池电极活性不足的问题。

Description

一种应用于锌溴液流电池的修饰电极及其制备方法
技术领域
本发明属于电极材料表面处理技术领域，特别涉及一种应用于锌溴液流电池的修饰电极及其制备的方法。
背景技术
资源和环境将是最终制约人类社会发展的决定因素。为了社会的可持续发展，充分开发和利用可再生能源已成为当今社会十分迫切的要求。而开发大规模储能装置与技术对利用新能源具有重要意义。在众多储能装置与技术中，氧化还原液流电池因其具有成本低、循环寿命长、设计灵活、绿色环保等优点，因而被认为是最具潜力的大规模电化学储能装置之一。氧化还原液流电池主要包含以下几种类型：铁/铬液流电池、多硫化钠/溴液流电池、全钒液流电池、锌/溴液流电池等。在其中，锌溴液流电池相较其它类型液流电池具有较高的能量密度、便于容量设计、生命周期长及低成本等优势。在大规模储能运用当中,特别是100KW规模以上的运用，锌溴液流电池更加经济可行。因而在美国，大量基于锌溴液流电池的大规模储能示范项目得以实施。
在大规模储能技术应用中，虽然锌溴液流电池相较其它类型液流电池更具发展潜力，但在高功率应用当中，其仍然存在电池电压较低等问题。在高功率设备应用中，其电堆需要更多的单电池，从而使其成本增加。
在锌溴液流电池当中，电极表面是氧化还原反应进行的场所，其表面的活性对电池的性能将产生巨大的影响，因而通过对电极表面进行修饰以提高电极电化学性能，是提高锌溴液流电池性能、解决上述问题的良好方法。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种应用于锌溴液流电池的修饰电极及其制备方法，运用于锌溴液流电池后，能够提高其电池性能。
通过此方法制备出来的修饰电极，由基体材料和基体材料表面修饰的贵金属纳米颗粒组成，其基体材料为石墨片或者碳毡，贵金属纳米颗粒附着在石墨片表面或者碳毡纤维表面，如铂、金、钯、铱等贵金属纳米颗粒。修饰电极作为锌溴液流电池的正极材料，其表面的贵金属纳米颗粒起到催化电池正极反应的作用，在锌溴液流电池当中组装此修饰电极后，能够有效提高锌溴液流电池性能。
本发明所述的修饰电极，基体材料表面修饰的贵金属纳米颗粒，根据前驱体溶液的不同，可以是铂、金、钯、铱等贵金属纳米颗粒中的一种，其粒径在100nm以下，在基体材料表面分布均匀(图1)。
应用于锌溴液流电池的修饰电极，其具体制备方法如下：
首先，配制0.0025M前驱体溶液，把处理过的石墨片(60目砂纸打磨，使其表面粗糙)和碳毡(去离子水清洗)浸入前驱体溶液中15-25分钟，使前驱体溶液充分与石墨片或者碳毡纤维表面接触。然后，逐滴加入0.0025M的还原剂物质,还原剂物质为抗坏血酸溶液或者85％水合肼溶液，前驱体与还原剂物质的量之比为1:2，停止滴加还原剂溶液后静置25-35分钟使其充分反应，此过程中，贵金属颗粒被抗坏血酸或者水合肼溶液还原出来，并附着于石墨片或者碳毡纤维的表面，再取出石墨片或者碳毡，在38-42摄氏度下真空干燥10-14小时，修饰电极制备完成。
本发明的优点在于：提供了一种结构简单，制备方法便捷的修饰电极，运用于锌溴液流电池后，能够提高其电池性能(图1，图2)。
附图说明
图1是表面附着有贵金属纳米颗粒的修饰电极扫描电镜图像。
图2是修饰电极与基体材料的循环伏安曲线比较。
图3是修饰电极与基体材料组装的锌溴液流电池充放电曲线比较。
具体实施方式
为了使本发明更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细描述。本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。
实施例1
称取32.37mg六水合氯铂酸于25ml去离子水中，超声振荡2min，使前驱体溶液混合均匀。再取1cm×5cm石墨片，用60cw砂纸打磨，使其表面粗糙，并用去离子水冲洗干净后，烘干。把处理好的石墨片浸入前驱体溶液中，并静置20min，使前驱体溶液与石墨片表面充分接触。然后，配制0.0025M的抗坏血酸溶液25ml，用胶头滴管把抗坏血酸溶液逐滴加入浸有石墨片的前驱体溶液中，停止滴加还原剂溶液后静置30min，使还原剂与前驱体溶液充分反应。再取出石墨片，并于40摄氏度下真空干燥12小时，完成制备表面修饰有铂纳米颗粒的修饰电极。
实施例2
称取22.20mg氯钯酸铵于25ml去离子水中，超声振荡2min，使前驱体溶液混合均匀。再取1cm×5cm石墨片，用60cw砂纸打磨，使其表面粗糙，并用去离子水冲洗干净后，烘干。把处理好的石墨片浸入前驱体溶液中，并静置20min，使前驱体溶液与石墨片表面充分接触。然后，取85％的水合肼溶液7ml，用胶头滴管把水合肼溶液逐滴加入浸有石墨片的前驱体溶液中，停止滴加还原剂溶液后静置30min，使还原剂与前驱体溶液充分反应。再取出石墨片，并于40摄氏度下真空干燥12小时，完成制备表面修饰有钯纳米颗粒的修饰电极。
实施例3
称取25.74mg四水合氯金酸于25ml去离子水中，超声振荡2min，使前驱体溶液混合均匀。再取1cm×5cm碳毡，用去离子水冲洗干净后，在40摄氏度下真空干燥。把碳毡浸入前驱体溶液中，并静置20min，使前驱体溶液与碳毡纤维表面充分接触。然后，配制0.0025M的抗坏血酸溶液25ml，用胶头滴管把抗坏血酸溶液逐滴加入浸有碳毡的前驱体溶液中，停止滴加还原剂溶液后静置30min，使还原剂与前驱体溶液充分反应。再取出碳毡，并于40摄氏度下真空干燥12小时，完成制备表面修饰有金纳米颗粒的修饰电极。
实施例4
称取22.05mg三水合氯化铱于25ml去离子水中，超声振荡2min，使前驱体溶液混合均匀。再取1cm×5cm碳毡，用去离子水冲洗干净后，在40摄氏度下真空干燥。把碳毡浸入前驱体溶液中，并静置20min，使前驱体溶液与碳毡纤维表面充分接触。然后，取85％的水合肼溶液7ml，用胶头滴管把水合肼溶液逐滴加入浸有碳毡的前驱体溶液中，停止滴加还原剂溶液后静置30min，使还原剂与前驱体溶液充分反应。再取出碳毡，并于40摄氏度下真空干燥12小时，完成制备表面修饰有铱纳米颗粒的修饰电极。
实施例5
称取32.37mg六水合氯铂酸于25ml去离子水中，超声振荡2min，使前驱体溶液混合均匀。再取1cm×5cm石墨片，用60cw砂纸打磨，使其表面粗糙，并用去离子水冲洗干净后，烘干。把处理好的石墨片浸入前驱体溶液中，并静置20min，使前驱体溶液与石墨片表面充分接触。然后，取85％的水合肼溶液7ml，用胶头滴管把水合肼溶液逐滴加入浸有石墨片的前驱体溶液中，停止滴加还原剂溶液后静置30min，使还原剂与前驱体溶液充分反应。再取出石墨片，并于40摄氏度下真空干燥12小时，完成制备表面修饰有铂纳米颗粒的修饰电极。

Claims (3)

1.一种锌溴液流电池的修饰电极的制备方法，其特征在于，修饰电极由基体材料和基体材料表面修饰的贵金属纳米颗粒组成，基体材料为石墨片或者碳毡，贵金属纳米颗粒为铂、金、钯或铱；贵金属纳米颗粒附着在石墨片表面或者碳毡表面，作为锌溴液流电池反应的催化剂，用于提高锌溴液流电池性能；具体制备方法如下：
首先，配制0.0025M前驱体溶液，并超声振荡1-3分钟，使溶液均匀，把处理过的石墨片或碳毡浸入前驱体溶液中15-25分钟，然后，逐滴加入0.0025M还原剂溶液,还原剂溶液为抗坏血酸溶液或者85％水合肼溶液，前驱体与还原剂物质的量之比为1:2，停止滴加还原剂溶液后静置25-35分钟使其充分反应，此过程中，贵金属纳米颗粒被抗坏血酸溶液或者水合肼溶液还原出来，并附着于石墨片或者碳毡的表面，再取出石墨片或者碳毡，在38-42摄氏度下真空干燥10-14小时，制成修饰电极。
2.根据权利要求1所述的锌溴液流电池的修饰电极的制备方法，其特征在于，所述前驱体溶液由氯铂酸、氯金酸、氯钯酸铵或者三氯化铱配制而成。
3.根据权利要求2所述的锌溴液流电池的修饰电极的制备方法，其特征在于所述石墨片的处理方式是：60目砂纸打磨，使其表面粗糙；所述碳毡的处理方式是：去离子水清洗。
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