CN103117396A - 一种锌溴电池电极制作方法 - Google Patents

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徐少辉
胡文迪
王连卫
许春芳
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Abstract

本发明公开了一种锌溴电池电极制作方法，其步骤如下：1）碳纳米管、六水硝酸镁、异丙醇的投料比为1mg：2mg：125mL，分散碳纳米管、六水硝酸镁于异丙醇中，超声分散2~3小时；2）以石墨电极为负极，铜片为正极，取适当正负极间距离及电压，保证场强在20~30V/cm，直流电泳5~10min，电泳后热台烘干待用。本发明的有益效果为：1、实现碳纳米管在石墨电极上镶嵌，并且此后可以在此已修饰电极上罩上一层滤网，以防脱落。2、提高石墨电极电化学活性和体表面积，从而提高锌溴液流电池的性能。

Description

一种锌溴电池电极制作方法
技术领域
本发明涉及一种锌溴电池电极制作方法，具体用碳纳米管修饰的石墨作为电极，用以提高这种电池的充放电电流，属于新能源领域。
背景技术
伴随着世界性的能源危机，像煤炭、石油等化石性燃料出现枯竭趋势，因此，发展新能源技术刻不容缓，锌溴电池就是其中一种。与传统的铅酸蓄电池相比，发展锌溴电池对环境没有污染，这种电池可以作为太阳能、风能电池的电能储存装置，并且自身成本低，该电池还可应用于电动车等领域，是一种新型绿色能源技术。
单片锌溴电池模型如下，其中溴电极一般为多孔电极材料。如图所示充放电过程中，溴电极发生电化学可逆反应：
Figure BDA00002516594000011
锌电极发生电化学可逆反应：
充电结束后，溴电极产生电动势EBr为1.06V，锌电极产生电动势EZn为0.76V。由此单片ZBB的理论电动势为1.82V。
理论上要产生更大的电压只需串联单片电池以组成电池组。然而在人们进一步研究锌溴电池系统后发现[P.J.Lex,J.F.Mathews,Recentdevelopments in zinc/bromine battery technology at Johnson controls[J],1992 IEEE,92 88-92],[David Ayme-Perrot,Serge Walter，ZelimirGabelica,Sanine Valange,Evaluation of carbon cryogels used ascathodes for non-flowing zinc-bromine storage cells[J],2008 Joural ofPower Sources 175644-650]，由于溴单质在溶液中的高溶解度，使得溴在充电过程中和充电后容易扩散至锌电极表面进行反应，从而产生严重的自放电现象。解决这一问题有以下几种思路：1，在电解质中加入添加剂使得产生溴的络合物，从而在相对控制溴的扩散。2，增加溴电极的体表面积，使得充电产生的溴尽量多的聚集在电极周围以减慢溴的扩散。3使用高选择比的隔膜，防止溴的扩散。
传统的用于工业化生产的电极多孔隙材料较多使用碳纤维或抗腐蚀有机塑料制成，Hirota等人[Hirota et al.U.S.Patent4,740,434,1988]于1986提出的“活性炭纤维/C-C复合材料/离子交换隔膜”三层结构的溴电极材料。但活性炭纤维在锌溴电池电极大面积多层的应用中成本较高。如何在对孔隙和体表面积影响不大的情况下降低电极材料成本一直是锌溴电池电极研究的热点。
David Ayme-Perrot,Serge Walter等人[David Ayme-Perrot,SergeWalter,Zelimir Gabelica,Sanine Valange,Evaluation of carbon cryogelsused as cathodes for non-flowing zinc-bromine storage cells[J],Journal ofPower Sources175(2008)644-650]提出冷凝干燥间苯二酚(R)、甲醛(F)、碳酸钠盐溶胶凝胶的方法得到大孔隙的碳-冷凝胶材料以用于非循环锌溴电池负极材料，作为储存溴单质的微孔并取得了较好的效果。但是碳-冷凝胶制作工艺复杂，并且间苯二酚(R)、甲醛(F)对人体有害，制作过程不安全。
碳纳米管(CNT)由于其奇特的结构特性，使得其在电化学领域的应用备受瞩目。碳纳米管分为单壁碳纳米管(SWCNT)和多壁碳纳米管(MWCNT),多壁碳纳米管由于层间与轴线的成一定角度，有中空型、竹型和鱼骨型多种结构，对许多电化学反应起催化作用。[Craig E.Banks,Richard G.Compton,New electrodes for old:from carbonnanotubes to edge plane pyrolytic graphite[J],The Royal Society ofChemistry,200613115-21]于碳纤维相比，碳纳米管由于其微观结构有更大的体表面积，并且相对碳纤维在经济上更为便宜。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种锌溴电池电极制作方法，以解决现有技术的上述不足。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现。
一种锌溴电池电极制作方法，其步骤如下：
1）碳纳米管、六水硝酸镁、异丙醇的投料比为1mg：2mg：125mL，分散碳纳米管、六水硝酸镁于异丙醇中，超声分散2~3小时；
2）以石墨电极为负极，铜片为正极，取适当正负极间距离及电压，保证场强在20~30V/cm，直流电泳5~10min，电泳后热台烘干待用。
所述的石墨电极在抛光玻璃上用0.7~1.0μm的Al2O3粉抛光，去离子水超声1min-5min后置于热台烘干。
为了实现碳纳米管在石墨电极上镶嵌，在已修饰电极上罩上一层滤网，以防脱落。
本发明提出制作石墨电极/CNT修饰层电极结构来制作锌溴液流电池的电极，利用CNT大的体表面积与电化学催化作用提高电极特性。
本发明的有益效果为：1、实现碳纳米管在石墨电极上镶嵌，并且此后可以在此已修饰电极上罩上一层滤网，以防脱落。2、提高石墨电极电化学活性和体表面积，从而提高锌溴液流电池的性能。
附图说明
图1为本发明的未做CNT处理的电极表面电镜图；
图2为本发明采用电泳处理后的石墨/CNT电极表面电镜图；
图3为本发明首次充电不同时间的电流密度曲线图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的技术特点。
本发明实施例所用的石墨电极在抛光玻璃上用0.7～1.0μm的Al2O3粉抛光，去离子水超声1min-5min后置于热台烘干。
实施例1：锌溴溢流电池电极制作
1）碳纳米管，六水硝酸镁，异丙醇投料比为1mg：2mg：125mL，分散碳纳米管、六水硝酸镁于异丙醇中，超声分散2小时。
2）以石墨电极为负极，铜片为正极，取适当正负极间距离及电压，保证场强在30V/cm，直流电泳5min，电泳后热台烘干待用。
实施例2：锌溴溢流电池电极制作
1）碳纳米管，六水硝酸镁，异丙醇投料比为1mg：2mg：125mL，分散碳纳米管、六水硝酸镁于异丙醇中，超声分散3小时。
2）以石墨电极为负极，铜片为正极，取适当正负极间距离及电压，保证场强在20V/cm，直流电泳10min，电泳后热台烘干待用。
实施例3：锌溴溢流电池电极制作
1）碳纳米管，六水硝酸镁，异丙醇投料比为1mg：2mg：125mL，分散碳纳米管、六水硝酸镁于异丙醇中，超声分散2小时。
2）以石墨电极为负极，铜片为正极，取适当正负极间距离及电压，保证场强在25V/cm，直流电泳8min，电泳后热台烘干待用。
由图1的未做CNT处理的电极表面为石墨的层状结构的电镜图可以看出层与层之间孔隙率较小。
由图2的采用电泳处理后的石墨/CNT薄膜结构的电镜图可以明显观察到经过修饰的电极具有更大的孔隙率和体表面积。
由图3为首次冲电曲线。对碳纳米管修饰的石墨电极组装成锌溴液流电池并进行首次充放电试验，无CNT处理的对比石墨电极不能储存反应产生的溴，溴很快扩散到锌电极，当充电进行到一定程度后，自放电电流和充电电流达到动态平衡，使得电池长时间保持一个较高的充电电流。
对于进行过CNT修饰的石墨电极，由于CNT较大的表面积和优秀的电催化作用，并且大的孔隙率使得溴一定程度贮存在溴电极周围，使得充电反应在溴扩散之前迅速发生，充电电流在一个大的起始电流后迅速下降。
本发明应用于锌溴电池，在电泳处理前用抛光粉处理，以石墨电极为负极，铜片为正极，取适当正负极间距离及电压，对电极进行电泳处理，以提高石墨电极电化学活性和体表面积。实现碳纳米管在石墨电极上镶嵌，在此已修饰电极上罩上一层滤网，以防脱落。通过电泳工艺，加工碳纳米管膜于电极表面，应用于提高锌溴电池电极表面积，以提高电池性能。

Claims (3)

1.一种锌溴电池电极制作方法，其特征在于：其步骤如下：
1）碳纳米管、六水硝酸镁、异丙醇的投料比为1mg：2mg：125mL，分散碳纳米管、六水硝酸镁于异丙醇中，超声分散2~3小时；
2）以石墨电极为负极，铜片为正极，取适当正负极间距离及电压，保证场强在20~30V/cm，直流电泳5~10min，电泳后热台烘干待用。
2.根据权利要求1所述的一种锌溴电池电极制作方法，其特征在于：所述的石墨电极在抛光玻璃上用0.7~1.0μm的Al2O3粉抛光，去离子水超声1min-5min后置于热台烘干。
3.根据权利要求1所述的一种锌溴电池电极制作方法，其特征在于：制备的电极应用于锌溴电池。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111487288A (zh) * 2019-01-27 2020-08-04 天津师范大学 多孔硅基多壁碳纳米管复合材料气敏传感器及其制备方法和应用
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