CN102569832A - 一种锌溴液流储能电池负极电极及其制备方法 - Google Patents

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赖秦志
张立群
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Abstract

本发明涉及一种锌溴液流储能电池负极电极及其制备方法，电极包括碳塑复合材料板及在碳塑复合材料板的一侧表面附着高比表面积的多孔层。多孔层由粘接剂和多孔材料构成，粘结剂为氯化聚丙烯或氯化聚乙烯；多孔材料包括活性碳、碳载金属、石墨或碳黑，二者的重量比为1-5：1-15。多孔材料在碳塑复合材料板上的担载量为0.5mg/cm2～10mg/cm2。本发明采用高比表面积的多孔层碳塑复合材料作为负极电极，可增大电解液与电极间的接触面积，减小负极锌沉积溶解的电化学极化，同时具有较高的电导率，大大提高了电池性能。

Description

一种锌溴液流储能电池负极电极及其制备方法
技术领域
本发明涉及液流储能电池技术领域，具体地说是锌溴液流储能电池负极电极及其制备方法。
背景技术
日前随着世界能源供应日趋短缺，人们开始对风能、太阳能等可再生能源的开发和利用广泛关注，但要保证太阳能、风能等可再生能源发电系统的稳定供电，就必须结合高效、廉价、安全可靠的储能技术与其配合，纵观各种储能技术，其中化学储能方式的液流储能电池以其独特的优势而成为目前最适宜大规模储能的蓄电池之一。
锌溴液流储能电池（Zinc-bromine redox flow battery,ZBB）是一种低能耗、高效率、环境友好型的液流储能电池，具有能量密度和电流效率高、装置简单易操纵、使用寿命长、成本低廉等优点，主要应用于电网调峰、风能和太阳能等可再生能源发电、电动汽车等领域。
目前锌溴液流储能电池负极材料均采用碳塑复合材料板或石墨板，它具有机械性能好、易加工的优点。但是上述板材的表面积较小，导致电解液与电极的接触面积较小，锌沉积溶解的电化学极化较大，此外在电极制备过程中，由于电极表面活性的差异，也会引起一定程度的锌枝晶现象。为了解决上述问题，本发明提出一种高比表面积的多孔层碳塑复合材料作为负极电极，有效降低了锌沉积溶解的电化学极化。
发明内容
本发明目的在于针对目前锌溴液流储能电池中负极电极存在的电化学极化和锌枝晶问题，对其负极材料进行改进，提出一种具有高比表面积的多孔层碳塑复合材料板作为负极电极。
本发明的技术方案如下：
一种锌溴液流储能电池负极电极，包括碳塑复合材料板及在碳塑复合材料板一侧表面附着的多孔层材料。
其中多孔层由粘结剂、多孔材料构成。粘结剂为氯化聚丙烯或氯化聚乙烯：多孔材料包括活性碳、碳载金属、石墨或碳黑，二者的重量比为1-5：1-15。多孔材料在碳塑复合材料板上的担载量为0.5mg/cm2～10 mg /cm2。
上述的锌溴液流储能电池负极电极的制备方法如下，
1）多孔层浆料配置：按重量份数计，将粘结剂氯化聚丙烯或氯化聚乙烯1-5份、多孔材料1～15份，采用有机溶剂乙酸乙酯溶解或直接在100～200℃高温下搅拌熔融后得多孔层浆料备用。此过程还可以添加辅助造孔剂：碳酸氢铵或碳酸铵；多孔材料包括活性碳、碳载金属、石墨或碳黑。
2）采用喷涂、刮涂、丝网印刷或离子溅射的方法将多孔层浆料均匀地涂覆在碳塑复合材料板的一侧表面，制备成多孔层碳塑复合材料板。其中多孔材料在碳塑复合材料板上的担载量为0.5mg/cm2～10 mg /cm2。
3）对制备的多孔层碳塑复合材料板进行真空高温烘干处理，烘干温度在70～200℃，时间为60～600s，真空度为-0.01MPa～0MPa,保压降温至室温，保证结合力，得到多孔层碳塑复合材料板电极。
制备的多孔负极在80℃,1M硫酸中浸泡1h后组装电池使用。
本发明的有益效果：
1.本发明采用高比表面积的多孔层碳塑复合材料作为负极电极，可增大电解液与电极的接触面积，减小负极锌沉积溶解的电化学极化，同时具有较高的电导率，大大提高了电池性能；
2.多孔电极表面活性均一性较高，对锌枝晶的产生起到一定的抑制作用；
3.本发明具有制备工艺简便，易操作的优点。
附图说明
图1为实施例1与对比例1采用不同的负极电极组合的锌溴电池充放电电压比较；
图2为实施例1与对比例1的负极电极锌沉积形貌比较；
a碳塑复合板锌沉积形貌     b多孔电极锌沉积形貌。
具体实施方式
下面的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。
实施例1
1）多孔层浆料配置：按重量份数计，称取氯化聚丙烯1g、活性炭1g、导电石墨1g，使用适量的乙酸乙酯溶解备用；
2）采用喷涂的方法将多孔剂浆料均匀地涂覆在碳塑复合材料板的一侧表面，制备多孔层；
3）对涂覆有多孔剂层的碳塑复合材料板进行真空高温烘干处理，烘干温度在90℃，时间为60s，真空度为 -0.01MPa,保压降温至室温，得到负极电极，并组装电池进行测试。
对比例1
采用碳素复合板作为电池负极组装锌溴液流储能电池。
如图1所示，多孔电极的锌溴电池与碳塑复合板电极的锌溴电池充放电工作电压比较结果来看，实施例1采用的多孔负极与对比例1采用的碳塑复合板负极相比，充电电压明显下降，放电电压明显升高。从图2的锌沉积形貌分析，实施例1采用的多孔负极与对比例1采用的碳塑复合板负极相比，锌沉积层更均匀，未出现枝晶现象。

Claims (6)

1.一种锌溴液流储能电池负极电极，其特征在于：包括碳塑复合材料板及在碳塑复合材料板一侧表面附着的多孔层材料、多孔层由粘结剂、多孔材料构成；粘结剂为氯化聚丙烯或氯化聚乙烯，多孔材料包括活性碳、碳载金属、石墨或碳黑，二者的重量比为1～5：1～15；多孔材料在碳塑复合材料板上的担载量为0.5mg/cm2～10 mg /cm2。
2.一种权利要求1所述的负极电极制备方法，其特征在于：按如下过程制备，
1）多孔层浆料配置：按重量份数计，将粘结剂氯化聚丙烯或氯化聚乙烯1～5份、多孔材料1～15份，采用有机溶剂乙酸乙酯溶解或直接在100～200℃高温下搅拌熔融后得多孔层浆料备用；
2）采用喷涂、刮涂、丝网印刷或离子溅射的方法将多孔层浆料均匀地涂覆在碳塑复合材料板的一侧表面，制备成多孔层碳塑复合材料板；
3）对制备的多孔层碳塑复合材料板进行真空高温烘干处理，烘干温度在70～200℃，时间为60～600s，真空度为-0.01MPa～0MPa,保压降温至室温，保证结合力，得到多孔层碳塑复合材料板电极。
3.按照权利要求2所述的负极电极制备方法，其特征在于：多孔材料包括活性碳、碳载金属、石墨或碳黑。
4.按照权利要求2所述的负极电极制备方法，其特征在于：多孔材料在碳塑复合材料板上的担载量为0.5mg/cm2～10 mg /cm2。
5.按照权利要求2所述的负极电极制备方法，其特征在于：添加辅助造孔剂：碳酸氢铵或碳酸铵。
6.按照权利要求2所述的负极电极制备方法，其特征在于：制备的多孔负极在80℃,1M硫酸中浸泡1h后组装电池使用。
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