CN111261876B - 钠型化磺化聚醚醚酮作粘结剂在锌镍液流电池电极中应用 - Google Patents

钠型化磺化聚醚醚酮作粘结剂在锌镍液流电池电极中应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及锌镍液流电池，具体地说钠型化磺化聚醚醚酮作粘结剂在锌镍液流电池电极中应用。本发明解决碱性条件下粘结剂不稳定所带来的性能衰减问题。

Description

钠型化磺化聚醚醚酮作粘结剂在锌镍液流电池电极中应用
技术领域
本发明涉及锌镍液流电池，具体地说是锌镍液流电池正极用粘结剂及其电极及制备方法。
背景技术
随着世界能源的消耗需求不断增长，可开发利用的石油资源日益枯竭，而环境污染却更加严重，如何解决全球经济发展对能源需求的增加和环境污染的加重已经成为一个全球化的问题。因此世界各国对风能、太阳能等清洁能源的储存再利用，以及加快电动汽车替代燃油汽车的研究越来越重视。
锌镍液流电池是一种新型的低成本、高效率、环境友好型的液流储能电池，具有能量密度和电流效率高、装置简单易操纵、使用寿命长、成本低廉等优点，主要应用于电网调峰、风能和太阳能等可再生能源发电、电动汽车等领域。
锌镍液流电池电解液是流动的锌酸盐碱性溶液，电池中不使用离子交换膜，通过电池腔内离子的自由流动与外电路电子的定向运动构成电流回路。
锌镍液流电池电解液为高浓度碱溶液，传统的粘结剂如PVDF、CMC、PTFE等很难保证其稳定性，严重制约了碱性锌镍液流电池的发展。
发明内容
本发明针对此问题，提出了钠型化的磺化聚醚醚酮作为粘结剂及其组成的电极制备方法。解决碱性条件下粘结剂不稳定所带来的性能衰减问题。
具体的实现方式：
钠型化磺化聚醚醚酮作粘结剂在锌镍液流电池电极中应用。
钠型化的磺化聚醚醚酮树脂制备过程为，将磺化聚醚醚酮树脂浸泡在3-5M的氢氧化钠或钠盐溶液中，于40-80摄氏度处理1-5h，水洗烘干后得到钠型化的磺化聚醚醚酮树脂，所述钠盐为碳酸钠和/或碳酸氢钠。
锌镍液流电池电极的制备过程包括如下：
1)浆料配置：按重量份数计，将钠型化磺化聚醚醚酮1-10份、碳粉1-10份、氢氧化镍80-98份，采用有机溶剂溶解后，得浆料备用；
2)采用喷涂、刮涂、丝网印刷或离子溅射的方法将浆料均匀地涂覆在碳毡上；
3)对涂覆有浆料的碳毡进行真空高温烘干处理，烘干温度在80-100℃之间，时间为60s-600s，真空度为-0.01-0MPa,保压降温至室温，保证结合力，得电极产品。
有机溶剂为N,N二甲基乙酰胺或N,N二甲基甲酰胺。
所述的锌镍液流电池正、负极电解液为含有锌离子的碱性水溶液，锌离子的摩尔浓度为0.1-0.5mol/L，碱为氢氧化钾或/和氢氧化钠，氢氧化钾和/或氢氧化钠浓度为4-8M。
附图说明
图1实施例1的电池性能；
图2对比例1的电池性能；
图3对比例2的电池性能。
具体实施方式
实施例1
将磺化聚醚醚酮树脂浸泡在4M的碳酸氢钠溶液中60摄氏度处理3h，水洗烘干后得到钠型化的磺化聚醚醚酮(SPEEK)树脂。
浆料配置：按重量份数计，将钠型化磺化聚醚醚酮5份、碳粉10份、氢氧化镍85份，采用二甲基甲酰胺溶剂溶解，得浆料备用；采用刮涂方法将浆料均匀地涂覆在36cm2碳毡上对涂覆有浆料的碳毡进行真空高温烘干处理，烘干温度在80℃，时间为600s，真空度为0MPa,保压降温至室温，得电极产品。
对比例1
浆料配置：按重量份数计，将PVDF 5份、碳粉10份、氢氧化镍85份，采用二甲基甲酰胺溶剂溶解，得浆料备用；采用刮涂方法将浆料均匀地涂覆在36cm2碳毡上对涂覆有浆料的碳毡进行真空高温烘干处理，烘干温度在80℃，时间为600s，真空度为0MPa,保压降温至室温，得电极产品。
对比例2
浆料配置：按重量份数计，将磺化聚醚醚酮5份、碳粉10份、氢氧化镍85份，采用二甲基甲酰胺溶剂溶解，得浆料备用；采用刮涂方法将浆料均匀地涂覆在36cm2碳毡上对涂覆有浆料的碳毡进行真空高温烘干处理，烘干温度在80℃，时间为600s，真空度为0MPa,保压降温至室温，得电极产品。
分别利用上述电极组装电池。负极电解液为含有0.5的mol/L锌离子的4mol/L氢氧化钾的碱性溶液6L；正极电解液为含有0.5的mol/L锌离子的氢氧化钾的碱性溶液6L；采用10mA/cm2的电流密度进行充电,40mA/cm2的电流密度进行放电循环，电池的充电截止条件为电压不高于2.0V,放电截止条件为电压不低于2V。
从图1-3电池性能中可以看出，使用钠型化磺化聚醚醚酮做为粘结剂的电池具有更好的循环稳定性。

Claims (4)

1.钠型化磺化聚醚醚酮作粘结剂在锌镍液流电池电极中应用，其特征在于，所述的锌镍液流电池正、负极电解液为含有锌离子的碱性水溶液，锌离子的摩尔浓度为0.1-0.5mol/L，碱为氢氧化钾或/和氢氧化钠，氢氧化钾和/或氢氧化钠浓度为4-8M。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：钠型化的磺化聚醚醚酮树脂制备过程为，将磺化聚醚醚酮树脂浸泡在3-5 M的氢氧化钠或钠盐中的一种或二种以上溶液中，于40-80摄氏度处理1-5 h，水洗烘干后得到钠型化的磺化聚醚醚酮树脂，所述钠盐为碳酸钠和/或碳酸氢钠。
3.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于：锌镍液流电池电极的制备过程包括如下：
1）浆料配置：按重量份数计，将钠型化磺化聚醚醚酮1-10份、碳粉1-10份、氢氧化镍80-98份，采用有机溶剂溶解后，得浆料备用；
2）采用喷涂、刮涂、丝网印刷或离子溅射的方法将浆料均匀地涂覆在碳毡上；
3）对涂覆有浆料的碳毡进行真空高温烘干处理，烘干温度在80-100℃之间，时间为60s-600s，真空度为 -0.01-0MPa,保压降温至室温，保证结合力，得电极产品。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于：有机溶剂为N,N二甲基乙酰胺或N,N二甲基甲酰胺中的一种或二种。
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