CN104716343A - 一种高性能复合碳毡 - Google Patents

一种高性能复合碳毡 Download PDF

Info

Publication number
CN104716343A
CN104716343A CN201510005906.7A CN201510005906A CN104716343A CN 104716343 A CN104716343 A CN 104716343A CN 201510005906 A CN201510005906 A CN 201510005906A CN 104716343 A CN104716343 A CN 104716343A
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon felt
solution
tube
cnt
carbon nano
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201510005906.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104716343B (zh
Inventor
耿振铎
王玉平
常晓晓
耿占吉
徐国亮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Henan Normal University
Original Assignee
Henan Normal University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Henan Normal University filed Critical Henan Normal University
Priority to CN201510005906.7A priority Critical patent/CN104716343B/zh
Publication of CN104716343A publication Critical patent/CN104716343A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104716343B publication Critical patent/CN104716343B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Inert Electrodes (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明涉及全钒氧化还原液流电池(VRB)电极材料领域，具体地说是一种高性能复合碳毡，解决现阶段钒电池用碳毡电极亲水性差、有效面积低、电化学活性低、电导率低、钒离子电对催化性能差及单电池性能低等问题；本发明以商业化碳毡为原料，利用粘结剂粘结的方法，制备功能化碳管复合碳毡；本发明制备的复合碳毡具有良好的亲水性能、电化学催化性能、电导率、化学稳定性和良好的单个VRB电池性能等优点。本发明的产品成本低廉，易于产业化生产和环境友好，可广泛地应用于全钒氧化还原液流电池领域。

Description

一种高性能复合碳毡
技术领域
本发明涉及全钒氧化还原液流电池(VRB)用电极材料领域，具体是一种适高性能复合碳毡。
背景技术
随着经济的快速发展，新能源材料以其环境友好、资源丰富等优点，引起广泛关注。但是其中风能、太阳能等可再生能源发电过程具有不连续和不稳定的缺点，为了解决这个问题必须开发高效、廉价、污染少和安全可靠的大规模储能技术。全钒氧化还原液流电池(VRB)因其功率和能量独立、循环寿命长、能量效率高、维护成本低、可快速深度充放电等优点而广泛地应用于风能、太阳能发电过程的储能设备，电站储能，电网调峰等方面。电极材料是制约钒电池发展的关键材料之一，一种好的钒电池电极材料应具备良好的化学稳定性、良好的机械性能、优越的电化学活性、活性电极反应面积大和成本低廉等优点。传统的金属材料电化学可逆性差或者易被钝化，而铂、铱等贵金属虽然电化学活性高、可逆性好和化学稳定性好，但是这类金属高昂的成本制约其大规模应用。现阶段碳类材料如石墨毡、石墨、碳布和碳纤维等以其良好的稳定性和低廉的成本引起广泛的研究，是目前应用最多的电极材料，但是这类材料直接应用过程电化学活性低，电池性能差。所以必须对这类材料进行改性处理，以其提高这类材料的电化学活性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高性能复合碳毡，解决 现有技术中存在的碳毡亲水性差、稳定性差、电导率低、电化学活性低以及单个VRB性能差等问题。
本发明提供的一种高性能复合碳毡，包括碳毡和官能团化纳米碳管覆盖层，其中，官能团化纳米碳管的制作过程包括如下步骤：
(1)将干燥处理后的纳米碳管溶于浓硫酸溶液中，常温浸泡2h；
(2)将步骤(1)中浓硫酸浸泡过的纳米碳管进行抽滤处理，然后反复用去离子水清洗6次；
(3)将步骤(2)所得的纳米碳管放入一定量的去离子水中，超声90min,加入一定量的官能团载体，配成质量分数为8％的溶液，搅拌8h；
(4)将一定量的浓盐酸加入步骤(3)所得溶液中，搅拌6h；
(5)加热步骤(4)所得溶液，控制温度范围为120℃，然后加入亚硝酸钠，配制3％的溶液，控制所述温度为100℃，反应2h；
(6)过滤步骤(5)所得溶液，得到沉淀物，然后用浓度为2mol/L的硝酸铵溶液反复清洗所述沉淀物；
(7)利用去离子水反复清洗步骤(6)所得沉淀物6次；
(8)将步骤(7)所得沉淀物在110℃干燥2h，得到官能团化纳米碳管；
其中，复合碳毡的制备包括以下步骤：
将上述步骤(8)所得的官能团化纳米碳管溶解于去离子水中，配制质量分数为40％的溶液；然后将一定量的质量分数为6％的Nafion溶液加入以上溶液中，得到浸泡液；再将干燥处理过的碳毡浸泡在上述浸泡液中80min；最后将浸泡后的碳毡干燥处理；再次将上述干燥处理后的碳毡浸泡在浸泡液中80min，然后再次干燥，重复浸泡-干燥步骤10次。
本发明提出的一种高性能复合碳毡具有以下显著的优点：
1.本发明以纳米碳管为原料，采用化学接枝的方法，制备功能化纳米碳管，并用Nafion作为粘结剂，制备功能化碳管改性的碳毡复合电极材料，该电极材料具有亲水性好、电导率高、稳定性好、电化学催化活性高等优点。
2.本发明的复合碳毡，原料易得、成本低廉、操作简单易行，适合大规模发展。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。
本发明利用纳米碳管为原料，采用化学接枝的方法，制备官能团化纳米碳管，用Nafion粘结到碳毡上，制备复合碳毡电极。该电极材料具有电导率高、亲水性能好、电化学活性高以及单个钒电池充放电性能好等优点。
实施例1
本发明提出的一种高性能复合碳毡，包括碳毡和官能团化纳米碳管覆盖层，其制备包括以下步骤：
1.官能团化纳米碳管的制备：首先将干燥好的200mg纳米碳管放入浓硫酸中浸泡2h，然后放在500-1000ml去离子水中，搅拌40分钟，反复用去离子水清洗6次；然后称取600mg对氨基苯磺酸，搅拌8h后加入2ml盐酸，将上述溶液在40℃水域中加热6h；称取1g亚硝酸钠加入上述溶液中，在120℃下反应2h；然后将该溶液抽滤，反复利用硫酸铵、硫酸和去离子水冲洗，然后在110℃条件下干燥，得到官能团化纳米碳管。
2.官能团化纳米碳管溶液的制备：称取50mg官能团化纳米碳管，加入150ml去离子水中，然后加入4.5ml质量分数为6％的Nafion溶液，超声处理30min，然后搅拌2h后备用。
3.改性碳毡的制备:将500mg碳毡在70℃下真空干燥处理6小时，然后浸泡在上述官能团化纳米碳管溶液中，浸泡时间为80min，然后在烘箱中80℃干燥，并且反复浸泡干燥处理10次。
本实施例中，获得的复合碳毡各原料结合良好，没有纳米碳管脱落现象，且本实施例的相关性能数据如下：
室温下测得隔膜在全钒氧化还原液流电池中的内阻为0.50Ω/cm2，此比例制备的复合膜面电阻小于原碳毡(0.69Ω/cm2)，VRB中的电池性能远远高于原碳毡，适应VRB的应用要求。
装有改性碳毡复合电极材料的单个VRB电池，充放电过程中具有很高的库仑效率，能量效率，经过多次循环，其电池效率没有衰减；改性碳毡在VRB电池五价钒的浓硫酸溶液中能稳定存在，具有良好的化学稳定性。所以，该复合碳毡能够很好的适应钒电池体系，其低廉的价格，良好的电池性能能够促进钒电池的产业化生产。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种高性能复合碳毡，其特征是，包括碳毡和官能团化纳米碳管覆盖层，其中，官能团化纳米碳管的制作过程包括如下步骤：
(1)将干燥处理后的纳米碳管溶于浓硫酸溶液中，常温浸泡2h；
(2)将步骤(1)中浓硫酸浸泡过的纳米碳管进行抽滤处理，然后反复用去离子水清洗6次；
(3)将步骤(2)所得的纳米碳管放入一定量的去离子水中，超声90min,加入一定量的官能团载体，配成质量分数为8％的溶液，搅拌8h；
(4)将一定量的浓盐酸加入步骤(3)所得溶液中，搅拌6h；
(5)加热步骤(4)所得溶液，控制温度范围为120℃，然后加入亚硝酸钠，配制3％的溶液，控制所述温度为100℃，反应2h；
(6)过滤步骤(5)所得溶液，得到沉淀物，然后用浓度为2mol/L的硝酸铵溶液反复清洗所述沉淀物；
(7)利用去离子水反复清洗步骤(6)所得沉淀物6次；
(8)将步骤(7)所得沉淀物在110℃干燥2h，得到官能团化纳米碳管；
其中，复合碳毡的制备包括以下步骤：
将上述步骤(8)所得的官能团化纳米碳管溶解于去离子水中，配制质量分数为40％的溶液；然后将一定量的质量分数为6％的Nafion溶液加入以上溶液中，得到浸泡液；再将干燥处理过的碳毡浸泡在上述浸泡液中80min；最后将浸泡后的碳毡干燥处理；再次将上述干燥处理后的碳毡浸泡在浸泡液中80min，然后再次干燥，重复浸泡-干燥步骤10次。
CN201510005906.7A 2015-01-07 2015-01-07 一种高性能复合碳毡 Expired - Fee Related CN104716343B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510005906.7A CN104716343B (zh) 2015-01-07 2015-01-07 一种高性能复合碳毡

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510005906.7A CN104716343B (zh) 2015-01-07 2015-01-07 一种高性能复合碳毡

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104716343A true CN104716343A (zh) 2015-06-17
CN104716343B CN104716343B (zh) 2017-08-18

Family

ID=53415463

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510005906.7A Expired - Fee Related CN104716343B (zh) 2015-01-07 2015-01-07 一种高性能复合碳毡

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104716343B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108352507A (zh) * 2015-11-13 2018-07-31 阿瓦隆电池（加拿大）公司 用于氧化还原液流电池的改进电极
CN110456118A (zh) * 2019-08-13 2019-11-15 大同新成新材料股份有限公司 一种吸附混合熔盐碳毡电极的制备方法
CN114068959A (zh) * 2021-11-23 2022-02-18 成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司 提高钒电池用碳纤维毡活性的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102522568A (zh) * 2011-12-10 2012-06-27 中国科学院金属研究所 一种制备全钒液流电池用电极材料的方法
CN102694143A (zh) * 2012-06-06 2012-09-26 清华大学 一种空气/钒液流电池
US20120301787A1 (en) * 2009-10-20 2012-11-29 Tohoku University Vanadium battery
CN103050713A (zh) * 2011-10-17 2013-04-17 中国科学院大连化学物理研究所 全钒液流储能电池用碳纳米纤维修饰的电极材料及其应用
CN103682384A (zh) * 2013-12-12 2014-03-26 山东省科学院新材料研究所 一种全钒液流电池用复合碳电极及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120301787A1 (en) * 2009-10-20 2012-11-29 Tohoku University Vanadium battery
CN103050713A (zh) * 2011-10-17 2013-04-17 中国科学院大连化学物理研究所 全钒液流储能电池用碳纳米纤维修饰的电极材料及其应用
CN102522568A (zh) * 2011-12-10 2012-06-27 中国科学院金属研究所 一种制备全钒液流电池用电极材料的方法
CN102694143A (zh) * 2012-06-06 2012-09-26 清华大学 一种空气/钒液流电池
CN103682384A (zh) * 2013-12-12 2014-03-26 山东省科学院新材料研究所 一种全钒液流电池用复合碳电极及其制备方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108352507A (zh) * 2015-11-13 2018-07-31 阿瓦隆电池（加拿大）公司 用于氧化还原液流电池的改进电极
CN110456118A (zh) * 2019-08-13 2019-11-15 大同新成新材料股份有限公司 一种吸附混合熔盐碳毡电极的制备方法
CN114068959A (zh) * 2021-11-23 2022-02-18 成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司 提高钒电池用碳纤维毡活性的方法
CN114068959B (zh) * 2021-11-23 2023-10-27 成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司 提高钒电池用碳纤维毡活性的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN104716343B (zh) 2017-08-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105742658B (zh) 全钒液流电池用电极材料的制备方法
CN102867967B (zh) 一种全钒液流储能电池用电极材料及其应用
CN104218248B (zh) 一种双功能负极及其作为全钒液流储能电池负极的应用
CN105609796B (zh) 全钒液流电池用电极材料的修饰方法
CN104518221A (zh) 一种双功能负极及其作为全钒液流电池负极的应用
CN106207279A (zh) 一种铅晶碳蓄电池的制备方法
CN105529471A (zh) 全钒液流电池电极的处理方法
CN108832114B (zh) 一种石墨烯包覆CuFeO2复合负极材料的制备方法
CN109546134A (zh) 一种钠离子电池负极预钠化方法及得到的负极材料和钠离子电池
CN103441246A (zh) 三维氮掺杂的石墨烯基二氧化锡复合材料的制备方法及其应用
CN110729528B (zh) 一种太阳能辅助的具有低充电电位的可充电锌空电池
CN106299394A (zh) 一种高活性碳纤维毡电极材料及其制备方法和应用
CN101510471A (zh) 一种基于碳纳米管和铂的染料敏化太阳能电池对电极的制备方法
CN107069054A (zh) 高效稳定的燃料电池催化剂材料制备方法
CN104716335B (zh) 一种液流电池用电极及制备和应用
CN104707625A (zh) Pt-Ag-Co/C催化剂的制备方法
CN104716343A (zh) 一种高性能复合碳毡
CN104362197B (zh) 一种立体采光式全固态太阳能电池及其制备方法
CN104716338B (zh) 一种液流电池用电极的处理方法
CN104319406B (zh) 一种高性能复合碳毡的制备方法
CN110034305B (zh) 一种铁铬液流电池用石墨毡电极材料的活化方法
CN102347140B (zh) 一种染料敏化太阳能电池对电极的制备方法
CN102881906A (zh) 一种碳基材料的修饰方法及其在微生物燃料电池中的应用
CN115863666A (zh) 一种全钒液流电池用石墨毡改性电极的制备方法
CN105322194A (zh) 一种多功能负极材料及其在全钒液流电池中的应用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20170818

Termination date: 20180107

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee