一种钒电池用负载高电导率催化剂石墨毡及其制备方法与流程

本发明涉及全钒液流电池，特别涉及一种钒电池用负载高电导率催化剂石墨毡及其制备方法。

背景技术：

1、全钒液流电池主要由电极、离子交换膜、电极框、双极板等材料组成。电极作为钒电池的关键材料之一，本身并不发生化学反应，但作为正负极钒离子发生氧化还原反应的有效场所，它的物理化学性能直接影响着电池的电压效率和能量效率。因此理想的电极材料应具备良好的电化学活性、优异的电导率、优越的化学稳定性和较高的机械强度。

2、石墨毡是钒电池常用的碳素类电极之一，高度的石墨化结构，赋予其较高的电导率和较好的化学稳定性，但是它的电化学活性低，严重影响了电池的整体性能，因此需要对其改性以提高电化学性能。金属氧化物作为催化剂，其晶格表面的阳离子和阴离子基团可以作为提供或接受质子的位点。此外，阳离子往往会表现出多种氧化态，可能发生氧化和还原反应并产生阳离子和阴离子空位。然而，大多数单金属氧化物改性电极虽然会提高电极的催化活性，但是其电导率低，会阻碍电子运输，从而限制电池性能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种钒电池用负载高电导率催化剂石墨毡及其制备方法，以克服现有技术中的不足。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本申请公开了一种钒电池用负载高电导率催化剂石墨毡的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、将第一金属源、第二金属源和吡咯烷酮羧酸钠、去离子水搅拌溶解，得到二元金属氧化物催化剂的前驱体溶液。

5、s2、将空白石墨毡浸没在活化液中进行电活化，活化完成后用去离子水清洗后干燥，以干燥后的石墨毡为工作电极，铂片电极为对电极，银/氯化银电极为参比电极，二元金属氧化物催化剂的前驱体溶液为电解液，电化学工作站为电源，进行电化学沉积，沉积完成后取出石墨毡，用去离子水清洗，干燥，得到沉积石墨毡。

6、s3、将沉积石墨毡进行高温煅烧，得到负载高电导率催化剂石墨毡。

7、作为优选，所述步骤s1中，第一金属源选用硝酸铜、氯化铜、醋酸铜、硝酸铁、氯化铁、醋酸铁中的一种。

8、作为优选，所述步骤s1中，第二金属源选用硝酸钴、氯化钴、醋酸钴、硝酸锰、氯化锰、醋酸锰中的一种。

9、作为优选，所述步骤s1中，第一金属源、第二金属源和吡咯烷酮羧酸钠、去离子水的质量比为1：（1~6）：1：100；

10、作为优选，所述步骤s2中，活化液的制备方法为：氢氧化钾、水按照质量比1：30~100分散均匀。

11、作为优选，所述步骤s2中，电活化电流密度为50~100ma/cm2，电活化时间为30~60min。

12、作为优选，所述步骤s2中，电化学沉积的电压为：-4~-8v，电化学沉积的时间为1000~2000s。

13、作为优选，所述步骤s2中，干燥方法为：在90℃下真空干燥5h。

14、作为优选，所述步骤s3中，高温煅烧的方法为：以10℃/min的升温速度，升温至300～400℃，保温2~5h。

15、本发明的有益效果：

16、本发明制备的负载高电导率催化剂石墨毡具有多种氧化态的金属氧化物，对钒离子的氧化还原反应具有电催化作用，提高电池的电压效率和能量效率。

17、本发明通过将铜或铁的氧化物引入二元金属氧化物催化剂中，能够有效提高石墨毡的电导率，减小电荷转移电阻，提高电池的电压效率和能量效率。

18、本发明制备的钒电池用高电导率催化剂复合石墨毡能够减少副反应的发生，提高电池的容量保持率和电解液利用率。

技术特征：

1.一种钒电池用负载高电导率催化剂石墨毡的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种钒电池用负载高电导率催化剂石墨毡的制备方法，其特征在于：所述步骤s1中，第一金属源选用硝酸铜、氯化铜、醋酸铜、硝酸铁、氯化铁、醋酸铁中的一种。

3.如权利要求1所述的一种钒电池用负载高电导率催化剂石墨毡的制备方法，其特征在于：所述步骤s1中，第二金属源选用硝酸钴、氯化钴、醋酸钴、硝酸锰、氯化锰、醋酸锰中的一种。

4.如权利要求1所述的一种钒电池用负载高电导率催化剂石墨毡的制备方法，其特征在于：所述步骤s1中第一金属源、第二金属源和吡咯烷酮羧酸钠、去离子水的质量比为1：（1~6）：1：100。

5.如权利要求1所述的一种钒电池用负载高电导率催化剂石墨毡的制备方法，其特征在于：所述步骤s2中活化液的制备方法为将氢氧化钾和水按照质量比1：30~100溶解。

6.如权利要求1所述的一种钒电池用负载高电导率催化剂石墨毡的制备方法，其特征在于：所述步骤s2中，电活化时电流密度为50~100ma/cm2，活化时间为30~60min。

7.如权利要求1所述的一种钒电池用负载高电导率催化剂石墨毡的制备方法，其特征在于：所述步骤s2中，电化学沉积的电压为-4~-8v，电化学沉积的时间为1000~2000s。

8.如权利要求1所述的一种钒电池用负载高电导率催化剂石墨毡的制备方法，其特征在于：所述步骤s2中，干燥方法为：在90℃下真空干燥5h。

9.如权利要求1所述的一种钒电池用负载高电导率催化剂石墨毡的制备方法，其特征在于：所述步骤s3中，高温煅烧的方法为：以10℃/min的升温速度，升温至300～400℃，保温2~5h。

10.一种钒电池用负载高电导率催化剂石墨毡，其特征在于：所述负载高电导率催化剂石墨毡采用如权利要求1~9任一项所述的一种钒电池用负载高电导率催化剂石墨毡的制备方法制备获得。

技术总结
本发明涉及全钒氧化还原液流电池(VRFB)用石墨毡电极领域，公开了一种钒电池用负载高电导率催化剂石墨毡及其制备方法，包括以下步骤：配制二元金属氧化物催化剂的前驱体溶液；在石墨毡上电化学沉积二元金属化合物；将反应后的石墨毡高温煅烧，制备得到负载高电导率催化剂石墨毡。本发明制备的高电导率二元金属氧化物催化剂增加了石墨毡上钒离子的反应活性位点，增加了电化学反应面积；氧化物具有多种氧化态，对钒离子的氧化还原反应具有电催化作用；铜或铁氧化物的引入，可以提高金属氧化物的电导率，减小电荷转移电阻，提高钒电池的电化学性能。

技术研发人员：郑韵,王宇,熊仁海,蔡国发
受保护的技术使用者：杭州德海艾科能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/7/25