CN108598542A - 一种基于硼掺杂碳纳米管的全钒液流电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于硼掺杂碳纳米管的全钒液流电池。电池包括电极、正极电解液、负极电解液和隔膜；所述电极以硼掺杂碳纳米管为基体，所述硼掺杂碳纳米管是通过以下步骤得到的：将碳纳米管原料置于有机溶剂中，超声震荡后得到溶液A，将三氧化二硼置于乙醇中超声得到溶液B，在搅拌状态下，缓慢将金属盐加入硼酸溶液中，得到溶液C，将溶液A、溶液B和溶液C混合，充分搅拌后，离心分离，得到沉淀，将所述沉淀在惰性气体的保护下进行煅烧，得到硼掺杂碳纳米管。本发明的全钒液流电池采用硼掺杂碳纳米管作为电极，提高了对钒离子的吸附能力，从而提高了电催化活性。

Description

一种基于硼掺杂碳纳米管的全钒液流电池
技术领域
本发明涉及一种基于硼掺杂碳纳米管的全钒液流电池，属于电池技术领域。
背景技术
目前，全钒氧化还原液流电池(简称全钒液流电池或钒电池)是一种新型无污染的化学储能电池，属于液流电池，不发生固态反应，具有电流转换能力好、结构设计灵活、成本合理、操作简便等优点。
影响全钒液流电池性能的主要因素有电解液、电池结构以及电池关键材料等，电极是限制全钒液流电池应用发展的关键因素之一。电池的电极主要起到两个作用，一是为电解液反应提供场地；二是将电解液反应产生的电流传导到集流体上。
目前，全钒液流电池常用的电极材料为碳纤维毡，该材料具有价格低、耐腐蚀性能好、比表面积大、导电性能好等优点。但碳纤维毡的可逆性较差，电化学活性不高且亲水性较差。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于硼掺杂碳纳米管的全钒液流电池。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种基于硼掺杂碳纳米管的全钒液流电池，包括电极、正极电解液、负极电解液和隔膜；所述电极以硼掺杂碳纳米管为基体，所述硼掺杂碳纳米管是通过以下步骤得到的：将碳纳米管原料置于有机溶剂中，超声震荡后得到溶液A，将三氧化二硼置于乙醇中超声得到溶液B，在搅拌状态下，缓慢将金属盐加入硼酸溶液中，得到溶液C，将溶液A、溶液B和溶液C混合，充分搅拌后，离心分离，得到沉淀，将所述沉淀在惰性气体的保护下进行煅烧，得到硼掺杂碳纳米管。
所述的一种基于硼掺杂碳纳米管的全钒液流电池，所述沉淀在煅烧之前先进行湿法球磨，具体为：将沉淀、钢球和水按照重量比1:2:3-4的比例置于球磨机中，球磨时间为30-40min，静置抽取上层水后即可。
所述的一种基于硼掺杂碳纳米管的全钒液流电池，所述溶液A、溶液B和溶液C的比例为10：1-2:0.5-1。
所述的一种基于硼掺杂碳纳米管的全钒液流电池，所述溶液A中纳米管原料和有机溶剂的重量比为1:5-6。
所述的一种基于硼掺杂碳纳米管的全钒液流电池，所述溶液B中三氧化二硼和乙醇的重量比为1:10-12。
所述的一种基于硼掺杂碳纳米管的全钒液流电池，所述溶液C中金属盐和硼酸溶液的重量比为1:3-5。
所述的一种基于硼掺杂碳纳米管的全钒液流电池，所述有机溶剂为可浸润碳纳米管的溶剂。
本发明所达到的有益效果：
本发明的全钒液流电池采用硼掺杂碳纳米管作为电极，提高了对钒离子的吸附能力，从而提高了电催化活性，得到的全钒液流电池在能量效率保持在80%的前提下，工作电流密度可达到120Ma/cm2，使得相同输出功率的电池成本大大降低。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种基于硼掺杂碳纳米管的全钒液流电池，包括电极、正极电解液、负极电解液和隔膜；所述电极以硼掺杂碳纳米管为基体，所述硼掺杂碳纳米管是通过以下步骤得到的：
（1）将碳纳米管原料置于有机溶剂中，超声震荡后得到溶液A；
（2）将三氧化二硼置于乙醇中超声得到溶液B；
（3）在搅拌状态下，缓慢将金属盐加入硼酸溶液中，得到溶液C；
（4）将溶液A、溶液B和溶液C混合，充分搅拌后，离心分离，得到沉淀，将沉淀、钢球和水按照重量比1:2:3-4的比例置于球磨机中，球磨时间为30-40min，静置抽取上层水后即可，将去除上层水后的球磨溶液置于烘箱中烘干后，在惰性气体的保护下进行煅烧，得到硼掺杂碳纳米管。
其中，所述溶液A、溶液B和溶液C的比例为10:1: 1。
所述溶液A中纳米管原料和有机溶剂的重量比为1:5。
所述溶液B中三氧化二硼和乙醇的重量比为1:10。
所述溶液C中金属盐和硼酸溶液的重量比为1: 5。
所述有机溶剂为氯仿。
实施例2
一种基于硼掺杂碳纳米管的全钒液流电池，包括电极、正极电解液、负极电解液和隔膜；所述电极以硼掺杂碳纳米管为基体，所述硼掺杂碳纳米管是通过以下步骤得到的：
（1）将碳纳米管原料置于有机溶剂中，超声震荡后得到溶液A；
（2）将三氧化二硼置于乙醇中超声得到溶液B；
（3）在搅拌状态下，缓慢将金属盐加入硼酸溶液中，得到溶液C；
（4）将溶液A、溶液B和溶液C混合，充分搅拌后，离心分离，得到沉淀，将沉淀、钢球和水按照重量比1:2:3-4的比例置于球磨机中，球磨时间为30-40min，静置抽取上层水后即可，将去除上层水后的球磨溶液置于烘箱中烘干后，在惰性气体的保护下进行煅烧，得到硼掺杂碳纳米管。
其中，所述溶液A、溶液B和溶液C的比例为10:2:0.5。
所述溶液A中纳米管原料和有机溶剂的重量比为1: 6。
所述溶液B中三氧化二硼和乙醇的重量比为1: 12。
所述溶液C中金属盐和硼酸溶液的重量比为1:3。
所述有机溶剂为甲基萘。
实施例3
一种基于硼掺杂碳纳米管的全钒液流电池，包括电极、正极电解液、负极电解液和隔膜；所述电极以硼掺杂碳纳米管为基体，所述硼掺杂碳纳米管是通过以下步骤得到的：
（2）将碳纳米管原料置于有机溶剂中，超声震荡后得到溶液A；
（2）将三氧化二硼置于乙醇中超声得到溶液B；
（3）在搅拌状态下，缓慢将金属盐加入硼酸溶液中，得到溶液C；
（4）将溶液A、溶液B和溶液C混合，充分搅拌后，离心分离，得到沉淀，将沉淀、钢球和水按照重量比1:2:3-4的比例置于球磨机中，球磨时间为30-40min，静置抽取上层水后即可，将去除上层水后的球磨溶液置于烘箱中烘干后，在惰性气体的保护下进行煅烧，得到硼掺杂碳纳米管。
其中，所述溶液A、溶液B和溶液C的比例为10:1:0.5。
所述溶液A中纳米管原料和有机溶剂的重量比为1:5。
所述溶液B中三氧化二硼和乙醇的重量比为1:11。
所述溶液C中金属盐和硼酸溶液的重量比为1:4。
所述有机溶剂为吡啶。
实施例4
一种基于硼掺杂碳纳米管的全钒液流电池，包括电极、正极电解液、负极电解液和隔膜；所述电极以硼掺杂碳纳米管为基体，所述硼掺杂碳纳米管是通过以下步骤得到的：
（3）将碳纳米管原料置于有机溶剂中，超声震荡后得到溶液A；
（2）将三氧化二硼置于乙醇中超声得到溶液B；
（3）在搅拌状态下，缓慢将金属盐加入硼酸溶液中，得到溶液C；
（4）将溶液A、溶液B和溶液C混合，充分搅拌后，离心分离，得到沉淀，将沉淀、钢球和水按照重量比1:2:3-4的比例置于球磨机中，球磨时间为30-40min，静置抽取上层水后即可，将去除上层水后的球磨溶液置于烘箱中烘干后，在惰性气体的保护下进行煅烧，得到硼掺杂碳纳米管。
其中，所述溶液A、溶液B和溶液C的比例为10:2:1。
所述溶液A中纳米管原料和有机溶剂的重量比为1: 6。
所述溶液B中三氧化二硼和乙醇的重量比为1:12。
所述溶液C中金属盐和硼酸溶液的重量比为1: 5
所述有机溶剂为1,2-二氯苯。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于硼掺杂碳纳米管的全钒液流电池，包括电极、正极电解液、负极电解液和隔膜；其特征是，所述电极以硼掺杂碳纳米管为基体，所述硼掺杂碳纳米管是通过以下步骤得到的：将碳纳米管原料置于有机溶剂中，超声震荡后得到溶液A，将三氧化二硼置于乙醇中超声得到溶液B，在搅拌状态下，缓慢将金属盐加入硼酸溶液中，得到溶液C，将溶液A、溶液B和溶液C混合，充分搅拌后，离心分离，得到沉淀，将所述沉淀在惰性气体的保护下进行煅烧，得到硼掺杂碳纳米管。
2.根据权利要求1所述的一种基于硼掺杂碳纳米管的全钒液流电池，其特征是，所述沉淀在煅烧之前先进行湿法球磨，具体为：将沉淀、钢球和水按照重量比1:2:3-4的比例置于球磨机中，球磨时间为30-40min，静置抽取上层水后即可。
3.根据权利要求1所述的一种基于硼掺杂碳纳米管的全钒液流电池，其特征是，所述溶液A、溶液B和溶液C的比例为10：1-2:0.5-1。
4.根据权利要求1所述的一种基于硼掺杂碳纳米管的全钒液流电池，其特征是，所述溶液A中纳米管原料和有机溶剂的重量比为1:5-6。
5.根据权利要求1所述的一种基于硼掺杂碳纳米管的全钒液流电池，其特征是，所述溶液B中三氧化二硼和乙醇的重量比为1:10-12。
6.根据权利要求1所述的一种基于硼掺杂碳纳米管的全钒液流电池，其特征是，所述溶液C中金属盐和硼酸溶液的重量比为1:3-5。
7.根据权利要求1所述的一种基于硼掺杂碳纳米管的全钒液流电池，其特征是，所述有机溶剂为可浸润碳纳米管的溶剂。
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