CN104600322A - 钒电池用一体化柔性电极及其制备方法 - Google Patents

钒电池用一体化柔性电极及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及钒电池用一体化柔性电极及其制备方法，其特征在于该柔性电极包括石墨烯填充的高分子溶液和电极，其中石墨烯填充的高分子溶液填充于电极中，再经红外灯干燥，甲醛或戊二醛交联再烘干而制得，石墨烯填充的高分子溶液占电极体积的30～50%；本发明的钒电池用柔性电极是根据钒电池工作要求，选取了耐氧化性好的含石墨烯的高分子树脂和电极制备一体化电极，消除了双极板和电极之间的接触电阻，从而降低了电池电阻，提高了电池功率；由于电极和双极板为一体，装配过程中大大减少了压紧力，同时可降低电池充放电过程中的极化电阻，提高了电池的充放电能力，最终提高钒电池的能量效率。

Description

钒电池用一体化柔性电极及其制备方法
技术领域
本发明涉及钒电池制造领域，具体为钒电池用一体化柔性电极及其制备方法。
背景技术
随着能源问题的日益严峻，各国都在大力发展绿色清洁能源，例如风能和太阳能等。但由于自然条件的限制，风电在输运过程中存在着不稳定和不连续的缺点，需要相应的储能装置相配合以保持稳定的电能供应。全钒液流电池（VRB）是一种具有大容量、大功率、长寿命的新型储能电池，通过不同价态的钒离子相互转化实现电能的储存与释放，由于使用同种元素组成电池系统，可以避免交叉污染和自放电现象，适合大规模应用。目前在电站调峰、大规模光电转换以及作为边远地区储能系统或应急电源使用。
钒电池要实现大规模应用要求，需要进一步降低电池成本、提高电池稳定性。对于钒电池的三大关键材料（电极、隔膜和电解液）来说，电极对于最终电池的的功率影响很大，核心问题就是降低电池电阻，提高电池功率。目前现有材料在电池装配过程中需要很大压力导致充放电过程中极化电阻很大，所以钒电池能否大规模应用关键在于降低接触电阻。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种钒电池用一体化柔性电极及其制备方法，解决现有技术中双极板电阻率过高、双极板与电极接触电阻过大、以及能量效率低等问题。
本发明的钒电池用一体化柔性电极包括石墨烯填充的高分子溶液和电极，其中石墨烯填充的高分子溶液填充于电极中，再经红外灯干燥，甲醛或戊二醛交联再烘干而制得，石墨烯填充的高分子溶液占电极体积的30～50%。
本发明的钒电池用一体化柔性电极的制备方法，具体步骤如下：
1）将电极浸泡到浓硫酸中1～5h，取出后放到60～70℃ 烘箱中干燥后备用；
2）将石墨烯粉末超声波震荡或高速搅拌器搅拌0.5～10h以均匀混到高分子溶液中，混合后静置3～5h；
3）将步骤2）中制得的石墨烯高分子溶液均匀涂覆到经步骤1）处理过的电极表面，涂覆厚度为50～250μm；
4）将步骤3）得到的电极放置到红外灯下干燥30～120min；
5）将步骤4）得到的电极放到2～5wt%的甲醛或戊二醛溶液中交联15～150min，取出后放到50～70℃烘箱中烘30～180min，即制得本发明的钒电池用一体化柔性电极。
所述的电极为碳纤维布或碳纸；
所述的碳纤维布或碳纸的厚度为0.1～0.5mm，碳纤维布的体积密度为99～130g/cm2；
所述的浓硫酸浓度为60～90 wt %；
所述的石墨烯为氧化石墨烯；
所述的高分子溶液是将聚乙烯醇或聚苯胺溶解于溶剂中溶解而制得的；
所述的聚乙烯醇或聚苯胺与溶剂的质量比例为1：5～25，优选的质量比为1：8～15；
所述的溶剂为二甲基亚砜或水；
所述的石墨烯占高分子溶液总质量的0.1～5 %。
与现有技术相比，本发明具有如下优势：
1）本发明的钒电池用柔性电极是根据钒电池工作要求，选取了耐氧化性好的含石墨烯的高分子树脂和柔性电极制备一体化电极，消除了双极板和电极之间的接触电阻，从而降低了电池电阻，提高了电池功率。
2）本发明的钒电池用一体化电极，由于电极和双极板为一体，装配过程中大大减少了压紧力，同时可降低电池充放电过程中的极化电阻，提高了电池的充放电能力，最终提高钒电池的能量效率。
具体实施方式
实施例1
取碳纤维布（规格：300mm×宽200mm×厚0.6mm，体积密度130g/cm3）浸泡在65wt%的浓硫酸溶液中3h，取出后放置到60℃的烘箱中干燥后取出备用。将0.5g氧化石墨烯粉末利用超声分散方法均匀分散到11.11wt%的聚乙烯醇水溶液（100g）中，超声10h后静置备用。将处理后的含氧化石墨烯的聚乙烯醇水溶液均匀涂覆到处理后的碳纤维布上，涂覆厚度为50μm，然后在红外灯下干燥40min。将干燥后的电极放到2wt%的戊二醛溶液中交联30min，然后放到60℃烘箱中干燥1后，得到钒电池用一体化柔性电极。
实施例2
取碳纸（规格：300mm×宽200mm×厚0.2mm，体积密度40g/cm3）浸泡在60wt%的浓硫酸溶液中2h，取出后放置到60℃的烘箱中干燥后取出备用。将1g氧化石墨烯粉末利用超声分散方法均匀分散到6.25wt%的聚乙烯醇的二甲基亚砜溶液（100g）中，超声5h后静置备用。将处理后的含氧化石墨烯的聚乙烯醇的二甲基亚砜溶液均匀涂覆到处理后的碳纤维布上，涂覆厚度为80μm，然后在红外灯下干燥40min。将干燥后的电极放到3wt%的甲醛溶液中交联20min，然后放到60℃烘箱中干燥1后，得到钒电池用一体化柔性电极。

Claims (10)

1.钒电池用一体化柔性电极，其特征在于该柔性电极包括石墨烯填充的高分子溶液和电极，其中石墨烯填充的高分子溶液填充于电极中，再经红外灯干燥，甲醛或戊二醛交联再烘干而制得，石墨烯填充的高分子溶液占电极体积的30～50%。
2.一种权利要求1所述的钒电池用一体化柔性电极的制备方法，其特征在于，该方法具体步骤如下：
1）将电极浸泡到浓硫酸中1～5h，取出后放到60～70℃ 烘箱中干燥后备用；
2）将石墨烯粉末超声波震荡或高速搅拌器搅拌0.5～10h以均匀混到高分子溶液中，混合后静置3～5h；
3）将步骤2）中制得的石墨烯高分子溶液均匀涂覆到经步骤1）处理过的电极表面，涂覆厚度为50～250μm；
4）将步骤3）得到的电极放置到红外灯下干燥30～120min；
5）将步骤4）得到的电极放到2～5wt%的甲醛或戊二醛溶液中交联15～150min，取出后放到50～70℃烘箱中烘30～180min，即制得本发明的钒电池用一体化柔性电极。
3.根据权利要求2所述的钒电池用一体化柔性电极的制备方法，其特征在于步骤1）中所述的电极为碳纤维布或碳纸，碳纤维布或碳纸的厚度为0.1～0.5mm，碳纤维布的体积密度为99～130g/cm2。
4.根据权利要求2所述的钒电池用一体化柔性电极的制备方法，其特征在于步骤1）中所述的浓硫酸浓度为60～90 wt %。
5.根据权利要求2所述的钒电池用一体化柔性电极的制备方法，其特征在于步骤2）中所述的石墨烯为氧化石墨烯。
6.根据权利要求2所述的钒电池用一体化柔性电极的制备方法，其特征在于步骤2）中高分子溶液是将聚乙烯醇或聚苯胺溶解于溶剂中而制得的。
7.根据权利要求2所述的钒电池用一体化柔性电极的制备方法，其特征在于所述的石墨烯占高分子溶液总质量的0.1～5 %。
8.根据权利要求6所述的钒电池用一体化柔性电极的制备方法，其特征在于所述的聚乙烯醇或聚苯胺与溶剂的质量比为1：5～25。
9.根据权利要求6所述的钒电池用一体化柔性电极的制备方法，其特征在于所述的聚乙烯醇或聚苯胺与溶剂的质量比为1：8～15。
10.根据权利要求6所述的钒电池用一体化柔性电极的制备方法，其特征在于所述的溶剂为二甲基亚砜或水。
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