一种铁铬液流电池碳布电极缺陷改性方法与流程

本发明属于储能，具体涉及一种液流电池电极的改性方法。

背景技术：

1、液流电池具有安全性高、循环寿命长、电解液可循环利用、生命周期性价比高、环境友好等诸多优势，被认为是大规模储能技术的首选技术之一，可有助于可再生能源在电网中的“削峰填谷”，进而提高电网对可再生能源发电的消纳能力，具有广阔的应用前景。铁铬液流电池具有绿色安全、低毒和低腐蚀性、运行温度区间比较大、电解液原材料资源丰富、价格低廉等诸多优势，目前研发进展较快，未来也有望成为液流电池的主流路线之一。

2、液流电池的工作基本原理是正负极电解液在正负极电极材料上发生氧化还原反应。因此，电极材料是影响电池性能的关键材料。无论何种材料体系，简单、可靠、稳定的制备工艺是获得高性能电池电极材料的关键。传统液流电池的电极材料使用的是碳毡，碳毡的厚度较大，在工艺上满足在碳毡上开流道的设计，可以有效提高电解液在多孔电极中的流动效率，降低电池整体的阻力降。但是由于碳毡微观结构较为紊乱，电解质在碳毡内的流动极易从层流变成湍流。使用碳布作为反应电极，在双极板上开流道槽，可以将液流电池运行时的电解液流动性变为强制流动，增强了液体进出的有序性。

3、碳布材料是柔性高、导电性好的材料，已被用于燃料电池和超级电容器中，研究者对用于燃料电池和超级电容器的碳布材料研究了改性的手段，例如专利cn115472444a一种基于电化学制备导电聚合物和过渡金属氧化物电极材料的方法，采用电化学聚合法将两种或几种活性电极材料生长在柔性碳布表面；专利cn114927709a一种高效植物发电阴极及其制备方法与应用，在碳布上依次叠加了三维氮掺杂碳层、胆红素氧化酶层。

4、铁铬液流电池的氧化还原反应电对是铁离子和铬离子，不同于已有的电极上的电化学反应，对铁铬液流电池的电极材料改性也是新的挑战。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的不足，本发明技术目的是：提出一种用于铁铬液流电池碳布电极缺陷改性的方法，利用缺陷调控法制备铁铬液流电池电极材料提高电池性能。

2、本发明对碳布电极材料进行缺陷调控，增加碳布材料表面的活性位点，提高碳布作为电极材料的电化学性能，从而改善铁铬液流电池能量效率、电压效率等各项性能。方法操作简单，与现有生产工艺兼容，便于推广，是一种非常有前景的实用化铁铬液流电池电极材料制造方法。

3、实现本发明上述目的的技术方案为：

4、本发明提出的铁铬液流电池碳布电极缺陷改性方法，通过高温热处理、化学刻蚀、球磨等缺陷调控技术对预处理后的碳布进行改性，控制电极表面微观形貌、在碳布电极表面形成缺陷位，提高碳布电极导电性，优化催化剂的生长环境，提高所制备电极材料的电化学性能，提升电极反应速率，改善电池性能。

5、1、本发明在传统制备工艺的基础上对碳布材料进行缺陷调控。通过对材料结构缺陷的精确控制，实现对电极材料的改性，使碳布电极表面活性位点增加，增强了电极电化学活性，提升了电极的反应速率，从而有效地提高铁铬液流电池的各项性能。

6、2、本发明制备的铁铬液流电池碳布电极缺陷改性电极材料，相对于未改性材料来说，在电池循环中表现出更高的比容量、能量效率、库伦效率和更稳定的循环性能。

7、3、本发明具有工艺路线简单、操作容易、与现有生产工艺兼容、生产成本低廉等优点，易于移植，可广泛应用于电池不同电极材料体系的工业化制造和规模化生产过程中。

技术特征：

1.一种铁铬液流电池碳布电极缺陷改性方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的铁铬液流电池碳布电极缺陷改性方法，其特征在于，在碳布预处理步骤中，将碳布在进行缺陷调控前用去离子水清洗，并在20-90℃的条件下进行干燥。

3.根据权利要求1所述的铁铬液流电池碳布电极缺陷改性方法，其特征在于，所述高温热处理为：将碳布放入高温设备中，在空气、氮气、氩气、氨气、氢气中的一种或多种混合气体的氛围中进行高温热处理，经热处理过程后的碳布表面有稳定、可控、有序的缺陷形成。

4.根据权利要求1所述的铁铬液流电池碳布电极缺陷改性方法，其特征在于，所述的化学刻蚀中，使用的化学刻蚀剂为尿素，磷酸、氢氟酸、硝酸、盐酸、亚硫酸、硫酸、集硫酸、缓冲刻蚀剂（boe）、铝刻蚀剂（m2）、氢氧化钠、碳酸氢钠、二氧化氮、一氧化氮、硝酸盐、铵盐、磷酸盐、氨气、五氧化二磷、磷化氢、金属硫化物、多硫化物、连二亚硫酸钠、硫代硫酸盐、亚硫酸根、硫酸盐、焦硫酸盐、过硫酸盐、亚硫酰氯、硫酰氯、六氟化硫中的一种或多种；

5.根据权利要求1所述的铁铬液流电池碳布电极缺陷改性方法，其特征在于，所述高温热处理的温度为200-2000 ℃，反应过程中的升温速率为0.1-20 ℃/min，并保温0.5-24 h。

6.根据权利要求1所述的铁铬液流电池碳布电极缺陷改性方法，其特征在于，所述的机械球磨中：球磨使用的球体材料为不锈钢、玛瑙球、硬质合金球等中的一种或多种；所使用的球磨设备为行星式球磨机、滚筒式球磨机、搅拌球磨机、轻型卧式球磨机中的一种或多种；球磨时转速为100-1000 r/min；

7.根据权利要求6所述的铁铬液流电池碳布电极缺陷改性方法，其特征在于，固态反应后的反应物使用马弗炉或管式炉进行200-2000 ℃加热处理，使其处于真空条件，并利用吹扫枪等工具用氮气、氦气、氩气等惰性气体吹扫碳布三次，对处理后的碳布进行表面清洁。

8.根据权利要求1所述的铁铬液流电池碳布电极缺陷改性方法，其特征在于，包括步骤：

技术总结
本发明提供一种铁铬液流电池碳布电极缺陷改性方法，包括以下步骤：碳布预处理：使用去离子水将碳布进行清洗，并放入烘箱中干燥；制备缺陷调控改性碳布：使用高温热处理、化学刻蚀、机械球磨中的一种或多种方法对预处理后的碳布进行缺陷调控。本发明提出的铁铬液流电池碳布电极缺陷改性方法，通过高温热处理、化学刻蚀、球磨等缺陷调控技术对预处理后的碳布进行改性，控制电极表面微观形貌、在碳布电极表面形成缺陷位，提高碳布电极导电性，优化催化剂的生长环境，提高所制备电极材料的电化学性能，提升电极反应速率，改善电池性能。

技术研发人员：徐泉,牛迎春,杨子骥,王屾
受保护的技术使用者：中海储能科技（北京）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11