CN106876727A - 一种氧化石墨烯修饰锌溴液流电池碳毡电极及其应用 - Google Patents

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张华民
李先锋
许鹏程
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Abstract

一种氧化石墨烯修饰锌溴液流电池碳毡电极在锌溴液流电池中的应用，包括在冰浴条件通过超声处理将氧化石墨烯在溶液中分散均匀，然后将空白碳毡在分散液中浸泡一定时间后烘干。本发明的有益效果是：通过简单浸渍的方法将具有高比表面积、表面富含含氧官能团的氧化石墨烯用于锌溴液流电池碳毡电极的修饰，对提高正极对Br2的固定作用，降低溴单质的渗透，提高电池的库伦效率，进而提高电池性能有重要的意义。

Description

一种氧化石墨烯修饰锌溴液流电池碳毡电极及其应用
技术领域
本发明属于蓄电池技术领域，尤其涉及锌溴液流电池，特别涉及锌溴液流电池的电极。
背景技术
锌溴液流是一种新型液流储能电池，其具有能量密度高、高电池电压、低成本、材料来源广泛、环境友好等诸多优点，被认为是最具应用前景的大规模储能技术之一。可以广泛的应用于电网调峰、可再生能源发电系统、不间断电源、应急电源系统和电动车系统。但锌溴液流电池也存在着工作电流密度低、溴透过隔膜与锌直接反应造成自放电及锌枝晶等问题。
为了提高功率密度，对电极材料的研究的十分有必要的。而在锌溴液流电池中Zn/Zn2+反应速度要比Br-/Br2快得多，因此如何提高Br-/Br2的反应活性至关重要。溴电极的电极材料主要是碳毡、碳布、活性炭、活性碳纤维等碳材料。在这其中碳毡因其具有来源广泛、价格低廉、孔隙率大等诸多优点被广泛使用。另一方面，溴的渗透会导致电池的库伦效率下降下影响电池的性能。
通过对碳毡电极的修饰来提高电极对溴单质的固定作用是一种重要方法，本发明通过简单浸渍的方法将具有高比表面积、富含含氧官能团的氧化石墨烯用于锌溴液流电池碳毡电极的修饰，提高正极对Br2的固定作用，降低溴单质的渗透，提高电池的库伦效率，进而提高电池性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于锌溴液流电池碳毡电极的改性处理方法，以提高碳毡电极的固溴能力。
本发明的思路是：采用浸渍法将具有高比表面积、高导电性、良好电化学活性的石墨烯负载于碳毡电极上，经石墨烯修饰后碳毡电极对Br-/Br2电对的氧化还原反应活性大大提升。
为实现上述目的,本发明采用的具体方案如下，一种氧化石墨烯修饰锌溴液流电池碳毡电极
1)浸渍液的配制：将1mg—10mg氧化石墨烯中加入10mL N-甲基吡咯烷酮含有0.1ml-0.5ml质量分数5％Nafion、PVDF、PTFE溶液中。
2)将步骤1)中溶液在-5到5摄氏度的条件下，超声、分散均匀；
3)将碳毡完全浸泡于分散均匀溶液中；
4)取出步骤3)中碳毡，于真空干燥箱中烘干，取出备用。
溶液超声分散15min-60min后，将空白碳毡在分散液中的浸泡时间为6-12h，晾干，真空干燥12h-24h，碳毡的真空干燥温度为100-200℃。
本发明的有益效果是：将具有高比表面积、富含含氧官能团的氧化石墨烯用于锌溴液流电池碳毡电极的修饰，提高正极对Br2的固定作用，降低溴单质的渗透，提高电池的库伦效率，进而提高电池性能。
附图说明
图1是空白碳毡与经氧化石墨烯修饰碳毡电极的扫描电镜图,图1(a)是空白碳毡与(b)经氧化石墨烯修饰碳毡的SEM图；
图2是空白碳毡电极与氧化石墨烯修饰碳毡电极的循环伏安比较图；
图3是空白碳毡电极与氧化石墨烯修饰碳毡电极的充放电性能比较图。
具体实施方式
实施例1：
取厚度为5mm的空白碳毡和按上述方法经氧化石墨烯修饰的碳毡各一片，均用石蜡封样体积为0.5*1*1cm3。在0.05mol/L ZnBr2水溶液中用电化学工作站对碳毡电极进行循环伏安测试。循环伏安测试采用经典三电极体系，以石墨板作为对电极，饱和甘汞电极作用参比电极，经氧化石墨烯修饰碳毡为工作电极，用带有鲁金毛细管的盐桥连接参比电极和工作电极。对空白碳毡电极和经石墨烯修饰碳毡电极分别进行循环伏安测试，循环伏安扫描速率为10mV/s,扫描电压范围为0-1V。
所述氧化石墨烯修饰碳毡电极的制备如下：
1)浸渍液的配制：将5mg氧化石墨烯中加入10mL N-甲基吡咯烷酮含有0.1ml-0.5ml质量分数5％Nafion溶液中。
2)将步骤1)中溶液在-5摄氏度的条件下超声30min；
3)将碳毡完全浸泡于分散均匀溶液中10h；
4)取出步骤3)中碳毡，于真空干燥箱中150℃烘干24h，取出备用。
对比例：
以空白碳毡为负极电极材料，分别取空白碳毡电极和经氧化石墨烯修饰碳毡电极为电池正极电极材料，体积均为0.5*6*6cm3，组装锌溴液流电池进行充放电性能测试，电解液为2mol/LZnBr2+3MKCl+0.4M MEP，采用厚度为200um Daramic微孔膜为电池隔膜，比较两种电极的充放电性能。
图1(a)是空白碳毡与(b)经氧化石墨烯修饰碳毡的SEM图；从图中可以看出，经石墨烯修饰后，碳毡表面形貌发生变化，碳毡表面有许多微小颗粒出现
图2是空白碳毡电极与氧化石墨烯修饰碳毡电极的循环伏安图，图3是空白碳毡电极与氧化石墨烯修饰碳毡电极的充放电性能比较。从图2和图3均可以看出，经氧化石墨烯修饰的碳毡电极性能明显优于空白碳毡的电极性能。

Claims (5)

1.一种氧化石墨烯修饰锌溴液流电池碳毡电极，其特征在于，采用以下步骤制备获得：
1)浸渍液的配制：将1mg—10mg氧化石墨烯中加入10mL N-甲基吡咯烷酮中，N-甲基吡咯烷酮溶液中含有0.1ml-0.5ml质量分数5％Nafion溶液、10％PVDF或10％PTFE溶液；
2)将步骤1)中溶液在-5到5摄氏度的条件下，超声、分散均匀；将碳毡完全浸泡于分散均匀溶液中浸泡6-12h；
3)取出步骤2)中碳毡，于真空干燥箱中烘干，取出备用。
2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯修饰锌溴液流电池碳毡电极，其特征在于超声分散时间为15min-60min。
3.根据权利要求1所述的氧化石墨烯修饰锌溴液流电池碳毡电极，其特征在于，碳毡的真空干燥时间为12h-24h。
4.根据权利要求1所述的氧化石墨烯修饰锌溴液流电池碳毡电极，其特征在于，碳毡的真空干燥温度为100-200℃。
5.一种权利要求1-4任一所述氧化石墨烯修饰锌溴液流电池碳毡电极在锌溴液流电池中的应用。
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