TWI702752B - 經石墨烯改質之碳氈電極及其製備方法及包含該碳氈電極之液流電池 - Google Patents

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Abstract

一種經石墨烯改質之碳氈電極的製備方法，用以解決習知方法無法達到兼顧高導電性、高電流密度、高電容量及延長液流電池之壽命的問題。係包含以下步驟：將碳氈浸泡於丙酮並以去離子水清洗，以獲得經前處理之碳氈；將石墨靶材之碳原子蒸鍍至經前處理之碳氈的表面，以得到具有石墨烯薄膜之碳氈；以及，利用準分子雷射照射石墨烯薄膜，以獲得經石墨烯改質之碳氈電極。一種經石墨烯改質之碳氈電極，包含一碳氈及覆蓋於碳氈之表面的石墨烯改質層。一種液流電池包含經石墨烯改質之碳氈電極。

Description

經石墨烯改質之碳氈電極及其製備方法及包含該碳氈電極之液流電池
本發明係關於一種電極之製備方法，尤其係一種經石墨烯改質之碳氈電極的製備方法；本發明亦關於一種碳氈電極，尤其係一種經石墨烯改質之碳氈電極；本發明亦關於一種液流電池，尤其係一種包含經石墨烯改質之碳氈電極之液流電池。
隨著工業的進步與發展，人類對於能源的需求日益升高。然而，由於石化能源的過度使用，不僅使環境產生溫室氣體，亦造成嚴重的空氣汙染，因此，發展出再生能源與儲能技術係各先進國家努力的目標之一。在儲能技術中，以氧化還原液流電池(redox flow batter, RFB)作為儲能技術具有高安全性、使用壽命長、多數材料可循環利用或回收、高度環保性，及輸出功率和能量容量可獨立設計等優點，此外，氧化還原液流電池可廣泛地應用於風力發電、太陽能發電及電網系統等領域。
目前可透過改善碳氈電極之特性來提升液流電池之效能，在現有技術中，改善碳氈電極之特性的方法包括超音波震盪法、氧化法及參數改變法。其中，超音波震盪法係將碳氈浸入混酸溶液中，於低溫加熱並以超音波進行震盪，使碳氈表面之缺陷上能夠有效地形成羥基(-OH)與酮基(C=O)之官能基，該-OH與C=O官能基對於釩離子之氧化還原反應具有催化之功效，有利於釩離子進行價數轉換及增加氧化還原反應之速率。雖然該超音波震盪法之操作過程簡單、省時且成本低，然而，該超音波震盪法僅改變碳氈本身之活性，並未改善碳氈表面之缺陷，故而無法達到提升導電性之效果。氧化法係將石墨烯置入電子束輻照室內，經特定的電子束加速電壓、電流及輻照劑量，以增加石墨烯中含氧官能團的數量。雖然該氧化法之成本低，然而，由於其係在空氣條件下以電子束重疊照射石墨烯，因此，無法避免石墨烯發生氧化作用而喪失其導電性。參數改變法係透過改變諸如碳電極材料之>002>方向之間距、C軸方向之厚度及表面酸性官能基之比例來改善碳電極材料之特性，然而，現有技術之參數改變法並未揭示如何改善碳電極材料表面之缺陷，故而無法達到提升導電性之效果。
基於上述，習知技術之改善碳氈電極特性之方法並無法同時改善電極材料表面之缺陷，以使液流電池達到兼顧高導電性、高電流密度、高電容量，以及延長液流電池之使用壽命等功效。
有鑑於此，習知改善碳氈電極之特性的方法確實仍有加以改善之必要。
為解決上述問題，本發明之目的係提供一種經石墨烯改質之碳氈電極的製備方法，藉由準分子雷射照射石墨烯薄膜，以增加該經石墨烯改質之碳氈電極之表面粗糙度，以及降低該經石墨烯改質之碳氈電極之表面上石墨烯鍍膜的缺陷，來達到提升該經石墨烯改質之碳氈電極之表面親水性、降低電阻值和電阻率，以及提高該經石墨烯改質之碳氈電極的導電性、電流密度及電容量之目的。
發明之次一目的係提供一種經石墨烯改質之碳氈電極，透過增加該經石墨烯改質之碳氈電極之表面粗糙度，以及降低該經石墨烯改質之碳氈電極之表面上石墨烯鍍膜的缺陷，達到提升該經石墨烯改質之碳氈電極之表面親水性、降低電阻值和電阻率，以及提高該經石墨烯改質之碳氈電極的導電性、電流密度及電容量。
發明之次一目的係提供一種液流電池，透過增加電解液與該經石墨烯改質之碳氈電極之反應面積，以及降低該經石墨烯改質之碳氈電極之表面上石墨烯鍍膜的缺陷，達到提升液流電池之導電性、電流密度、電容量，以及使用壽命。
本發明全文所記載之元件及構件使用「一」或「一個」之量詞，僅是為了方便使用且提供本發明範圍的通常意義；於本發明中應被解讀為包括一個或至少一個，且單一的概念也包括複數的情況，除非其明顯意指其他意思。
本發明提供一種經石墨烯改質之碳氈電極的製備方法，包括以下步驟：齊備一碳氈，將該碳氈浸泡於丙酮溶液內180分鐘至200分鐘，再以去離子水清洗該碳氈，並將該碳氈烘乾，以獲得一經前處理之碳氈；將該經前處理之碳氈置入一真空腔體內，以物理氣相沉積法將一石墨靶材之碳原子蒸鍍至該經前處理之碳氈的表面，使該經前處理之碳氈的表面上形成一石墨烯薄膜，並獲得一具有該石墨烯薄膜之碳氈；以及，利用準分子雷射濺鍍方法照射該石墨烯薄膜，以獲得一經石墨烯改質之碳氈電極。其中，該準分子雷射濺鍍方法係使用光源波長低於300 nm之深紫外光作為雷射光源，脈衝寬度係介於30 ns至40 ns之間，以及脈衝能量係介於40 mJ/pulse至100 mJ/pulse之間。
據此，透過準分子雷射濺鍍方法可增加該經石墨烯改質之碳氈電極之表面粗糙度、降低該經石墨烯改質之碳氈電極之表面上石墨烯鍍膜的缺陷，並提高石墨烯鍍膜之均勻性，藉以提升該經石墨烯改質之碳氈電極之表面親水性、降低電阻值和電阻率，以及提高該經石墨烯改質之碳氈電極的導電性、電流密度及電容量等效果。
其中，該脈衝能量係介於45 mJ/pulse至75 mJ/pulse之間。如此，可達到降低該經石墨烯改質之碳氈電極之表面上石墨烯鍍膜的缺陷，並提升石墨烯鍍膜之均勻性之功效。
其中，該將該石墨靶材之碳原子蒸鍍至該經前處理之碳氈的表面的時間係介於20分鐘至120分鐘之間。如此，可達到降低該經石墨烯改質之碳氈電極之表面上石墨烯鍍膜的缺陷，並提升石墨烯鍍膜之均勻性之功效。
其中，該雷射光源是一氟化氪(KrF)雷射。如此，可達到降低該經石墨烯改質之碳氈電極之表面上石墨烯鍍膜的缺陷，並提升石墨烯鍍膜之均勻性之功效。
其中，該石墨烯薄膜之厚度係介於10 nm至50 nm之間。如此，可達到降低該經石墨烯改質之碳氈電極之表面上石墨烯鍍膜的缺陷，並提升石墨烯鍍膜之均勻性之功效。
本發明另提供一種如該經石墨烯改質之碳氈電極的製備方法所製得之經石墨烯改質之碳氈電極，包含一碳氈及一石墨烯改質層，該石墨烯改質層係覆蓋於該碳氈之表面，且該石墨烯改質層之I D/I G比值係介於0.1至0.25之間。因此，本發明之經石墨烯改質之碳氈電極具有提升該經石墨烯改質之碳氈電極之表面粗糙度、降低該經石墨烯改質之碳氈電極之表面上石墨烯鍍膜的缺陷，以及提高石墨烯鍍膜之均勻性等特性。
其中，該石墨烯改質層之I D/I G比值為0.2。如此，可達到降低該經石墨烯改質之碳氈電極之表面上石墨烯鍍膜的缺陷，並提升石墨烯鍍膜之均勻性之功效。
其中，該石墨烯改質層具有介於70度至90度之間的水接觸角。如此，可達到提升該經石墨烯改質之碳氈電極之表面親水性之功效。
其中，該石墨烯改質層具有75度的水接觸角。如此，可達到提升該經石墨烯改質之碳氈電極之表面親水性之功效。
本發明另提供一種液流電池，包括一質子交換膜、二該經石墨烯改質之碳氈電極、二雙極板、二液流框板、二集電板及一電池框。其中，該質子交換膜、該經石墨烯改質之碳氈電極、該雙極板、該液流框板，以及該集電板係設置於該電池框內部，且自該質子交換膜之兩側分別依序設置該經石墨烯改質之碳氈電極、該雙極板、該液流框板，以及該集電板。因此，本發明之液流電池，可透過增加電解液與該經石墨烯改質之碳氈電極之反應面積，以及降低該經石墨烯改質之碳氈電極之表面上石墨烯鍍膜的缺陷，藉以提升液流電池之導電性、電流密度、電容量，以及使用壽命等效果。
為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
請參照第1圖所示，其係本發明之經石墨烯改質之碳氈電極的製備方法之一具體實施例，係可以包含步驟S1、步驟S2及步驟S3：齊備一碳氈，將該碳氈浸泡於丙酮溶液，再以去離子水清洗該碳氈，並將該碳氈烘乾，以獲得一經前處理之碳氈(步驟S1)；將該經前處理之碳氈置入一真空腔體內，以物理氣相沉積法將一石墨靶材之碳原子蒸鍍至該經前處理之碳氈的表面，使該經前處理之碳氈的表面上形成一石墨烯薄膜，並獲得一具有該石墨烯薄膜之碳氈(步驟S2)；以及，利用準分子雷射濺鍍方法照射該石墨烯薄膜，以獲得一經石墨烯改質之碳氈電極(步驟S3)。透過準分子雷射濺鍍方法來增加該經石墨烯改質之碳氈電極之表面粗糙度、降低該經石墨烯改質之碳氈電極之表面上石墨烯鍍膜的缺陷，並提高石墨烯鍍膜之均勻性，藉以提升該經石墨烯改質之碳氈電極之表面親水性、降低電阻值和電阻率，以及提高該經石墨烯改質之碳氈電極的導電性、電流密度及電容量等效果。
詳言之，在步驟S1中，該碳氈係浸泡於丙酮溶液內180分鐘至240分鐘。在步驟S2中，該石墨靶材之碳原子蒸鍍至該經前處理之碳氈的表面20分鐘至120分鐘。在步驟S3中，該準分子雷射濺鍍方法係使用光源波長低於300 nm之深紫外光作為雷射光源，脈衝寬度係介於30 ns至40 ns之間，以及脈衝能量係介於40 mJ/pulse至100 mJ/pulse之間。在另一具體實施例中，該脈衝能量係介於45 mJ/pulse至75 mJ/pulse之間。
本實施例透過準分子雷射濺鍍方法可增加該經石墨烯改質之碳氈電極之表面粗糙度，並降低該經石墨烯改質之碳氈電極之表面上石墨烯鍍膜的缺陷，藉以提升該經石墨烯改質之碳氈電極之表面親水性、降低電阻值和電阻率，以及提高該經石墨烯改質之碳氈電極的導電性、電流密度及電容量等效果。
在一具體實施例中，該雷射光源是一氟化氪雷射。
在一具體實施例中，該石墨烯薄膜之厚度係介於10 nm至50 nm之間。
在一具體實施例中，本發明之經石墨烯改質之碳氈電極的製備方法所製得之經石墨烯改質之碳氈電極，包含一碳氈及一石墨烯改質層，該石墨烯改質層係覆蓋於該碳氈之表面，且該經石墨烯改質之碳氈電極之表面的石墨烯I D/I G比值係介於0.1至0.25之間。在另一具體實施例中，該經石墨烯改質之碳氈電極之表面的石墨烯I D/I G比值為0.2。
在一具體實施例中，該經石墨烯改質之碳氈電極之表面的石墨烯具有介於70度至90度之間的水接觸角。在另一具體實施例中，該經石墨烯改質之碳氈電極之表面的石墨烯具有75度的水接觸角。
請參照第2圖所示，其係本發明之液流電池之一具體實施例，包括一質子交換膜1、二該經石墨烯改質之碳氈電極2、二雙極板3、二液流框板4、二集電板5及一電池框6。該質子交換膜1、該經石墨烯改質之碳氈電極2、該雙極板3、該液流框板4，以及該集電板5係設置於該電池框6內部，且自該質子交換膜1之兩側分別依序設置該經石墨烯改質之碳氈電極2、該雙極板3、該液流框板4，以及該集電板5。
本實施例透過增加電解液與該經石墨烯改質之碳氈電極之反應面積，以及降低該經石墨烯改質之碳氈電極之表面上石墨烯鍍膜的缺陷，達到提升液流電池之導電性、電流密度、電容量，以及使用壽命。
為了證實藉由本案所提供之經石墨烯改質之碳氈電極的方法確實能透過準分子雷射之技術手段，達到提升該經石墨烯改質之碳氈電極之表面親水性、降低電阻值和電阻率，以及提高導電性、電流密度、電容量，以及延長液流電池之使用壽命之效果，進行以下之試驗：
［製備例1］
將尺寸為2公分×2公分(t:0.6公分)之碳氈置於丙酮溶液內，浸泡10分鐘後，以去離子水清洗碳氈，之後將經洗淨之碳氈放置於玻璃培養皿內，並置入100℃烘箱內烘乾4小時，以獲得經前處理之碳氈。
將濃硝酸與濃鹽酸以1：3之體積比例混合，以配製硝基鹽酸(王水)。將經前處理之碳氈浸泡於王水內12小時、24小時或36小時後，分別以去離子水清洗經酸處理之碳氈，之後將各經酸處理之碳氈放置於玻璃培養皿內，並置入100℃烘箱內烘乾4小時，以分別獲得經酸處理之第一碳氈、第二碳氈及第三碳氈。
［製備例2］
將尺寸為2公分×2公分(t:0.6公分)之碳氈置於丙酮溶液內，浸泡10分鐘後，以去離子水清洗碳氈，之後將經洗淨之碳氈放置於玻璃培養皿內，並置入100℃烘箱內烘乾4小時，以獲得經前處理之碳氈。
將經前處理之碳氈置於500℃之大氣環境下3小時、6小時或12小時，以分別獲得經熱處理之第四碳氈、第五碳氈及第六碳氈。
［製備例3］
將四片尺寸各為2公分×2公分(t:0.6公分)之碳氈置於丙酮溶液內，浸泡10分鐘後，以去離子水清洗碳氈，之後將經洗淨之碳氈放置於玻璃培養皿內，並置入100℃烘箱內烘乾4小時，以獲得經前處理之碳氈。
將各經前處理之碳氈置入一腔體內，並抽真空，藉由物理氣相沉積法以電子束將純度為99%以上且尺寸為30公分×10.9公分×1公分之石墨靶材加熱約10至15分鐘，以使石墨靶材達到氣化溫度，並將石墨靶材之碳原子蒸鍍至該經前處理之碳氈的表面30、40、50及60分鐘，使該經前處理之碳氈的表面上分別形成厚度為10 nm、20 nm、30 nm及40 nm之石墨烯薄膜，以得到具有該石墨烯薄膜之碳氈，且該具有石墨烯薄膜之碳氈的表面溫度為400℃。之後，自腔體取出該具有石墨烯薄膜之碳氈，並以雷射光源為氟化氪且波長為248 nm的深紫外光準分子雷射(型號為Lambda Physik, Compex 110，德國)、脈衝寬度(full-width-half-magnitude, FWHM)為35 ns，及脈衝能量為75 mJ/pulse之條件的準分子雷射濺鍍方法照射該具有該石墨烯薄膜之碳氈之表面的石墨烯薄膜，使該石墨烯薄膜之π鍵的鍵結斷裂，以分別獲得經石墨烯改質之第七碳氈、第八碳氈、第九碳氈及第十碳氈。
［實例1］
利用掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope, SEM，型號為Hitachi S-3000N)，以500倍、1000倍、3000倍及5000倍之放大倍率觀察原始碳氈、經前處理之碳氈及第一碳氈至第六碳氈之表面粗糙度。如第3圖至第10圖所示，經酸處理之第一碳氈至第三碳氈之表面纖維、經熱處理之第四碳氈至第六碳氈之表面纖維相較於原始碳氈之表面纖維更為粗糙，顯示酸處理或熱處理能夠提升碳氈之表面親水性。
利用光學顯微鏡(optical microscope, OM，型號為Olympus CX-41)，以500倍之放大倍率觀察原始碳氈、經酸處理之第三碳氈及經石墨烯改質之第七碳氈至第十碳氈的表面纖維。如第11圖所示，結果顯示經石墨烯改質之第七碳氈至第十碳氈之表面纖維相較於原始碳氈之表面纖維及經酸處理之第三碳氈更為粗糙，顯示經石墨烯改質之第七碳氈至第十碳氈相較於經酸處理之第三碳氈具有更佳的表面親水性。
［實例2］
將原始碳氈及製備例1至3所獲得之經前處理之碳氈、第一碳氈、第二碳氈、第三碳氈、第四碳氈、第五碳氈、第六碳氈、第七碳氈、第八碳氈、第九碳氈及第十碳氈分別夾於兩銅板之間，以測試原始碳氈、經前處理之碳氈及第一碳氈至第十碳氈之電阻值及電阻率。如下表1所示，第八碳氈、第九碳氈及第十碳氈相較於原始碳氈、經前處理之碳氈及第一碳氈至第六碳氈具有較低之電阻值及電阻率，結果顯示相較於原始碳氈、經前處理、經酸處理或經熱處理之碳氈，透過石墨烯鍍膜及準分子雷射之技術手段處理碳氈，能夠明顯降低碳氈之電阻值及電阻率，達到提升導電性之功效。
表1、原始碳氈、經前處理之碳氈及第一至第十碳氈之電阻值及電阻率檢測結果
樣品 電阻值R (Ω) 電阻率ρ (Ω・m)
原始碳氈 4.8 0.32
經前處理之碳氈 4.4 0.29
第一碳氈 3.2 0.21
第二碳氈 2.5 0.17
第三碳氈 2.3 0.15
第四碳氈 4.0 0.267
第五碳氈 4.1 0.27
第六碳氈 3.0 0.2
第七碳氈 2.4 0.16
第八碳氈 2.0 0.13
第九碳氈 1.4 0.09
第十碳氈 1.3 0.086
［實例3］
利用拉曼光譜儀(Renishaw BR010-02-B inVia confocal Raman microscope)檢測第八碳氈經準分子雷射濺鍍前之D峰與G峰(I D/I G)比值與經準分子雷射濺鍍後之I D/I G比值，如第12圖所示，D峰與D’峰分別出現在介於1270 cm -1至1450 cm -1之間及1620 cm -1處，係代表石墨烯缺陷及原子排列混亂度之特徵峰；G峰則出現於1580 cm -1附近，係sp 2雜化碳原子含量之特徵峰，第八碳氈經準分子雷射濺鍍前之I D/I G比值約為0.7，經準分子雷射濺鍍後之I D/I G比值降為約0.2，顯示碳氈表面上之石墨烯薄膜經準分子雷射照射後，能夠明顯降低碳氈表面上之石墨烯鍍膜的缺陷，並提升石墨烯鍍膜之均勻性。
［實例4］
利用拉曼光譜儀檢測第八碳氈經脈衝能量為45 mJ/pulse、55 mJ/pulse及75 mJ/pulse之條件的準分子雷射濺鍍方式照射碳氈之表面的石墨烯薄膜前與後之I D/I G比值，如第13圖所示，第八碳氈經脈衝能量為45 mJ/pulse之準分子雷射濺鍍前之I D/I G比值約為0.7，經準分子雷射濺鍍後之I D/I G比值降為約0.6；第八碳氈經脈衝能量為55 mJ/pulse之準分子雷射濺鍍前之I D/I G比值約為0.7，經準分子雷射濺鍍後之I D/I G比值降為約0.36；以及，第八碳氈經脈衝能量為75 mJ/pulse之準分子雷射濺鍍前之I D/I G比值約為0.7，經準分子雷射濺鍍後之I D/I G比值降為約0.25。結果顯示，以脈衝能量為45 mJ/pulse、55 mJ/pulse及75 mJ/pulse之條件的準分子雷射濺鍍方式照射碳氈之表面的石墨烯薄膜，能有效地降低第八碳氈之I D/I G比值。
［實例5］
利用一固定高度之針筒，以約20釐米之距離在第七碳氈、第八碳氈、第九碳氈及第十碳氈之表面上各滴一滴水珠，並利用相機拍下側視圖，再以軟體量測水滴與表面之接觸角。結果顯示，第七碳氈、第八碳氈、第九碳氈及第十碳氈之水接觸角分別為87.3度、85.9度、80.2度及75.4度。
由實例1至實例5之結果顯示，藉由準分子雷射濺鍍方法照射具有該石墨烯薄膜之碳氈之表面的石墨烯薄膜所得到之經石墨烯改質之碳氈，具有更為粗糙之碳氈之表面纖維，能夠降低碳氈之電阻值及電阻率、提升碳氈之表面的親水性，以及降低碳氈表面上之石墨烯鍍膜的缺陷，藉以提升石墨烯鍍膜之均勻性。因此，將藉由本發明之經石墨烯改質之碳氈電極的製備方法所獲得之經石墨烯改質之碳氈電極應用於液流電池，能夠透過增加電解液與該經石墨烯改質之碳氈電極之反應面積，以及降低碳氈電極表面上之石墨烯鍍膜的缺陷，達到提升液流電池之導電性、電流密度及電容量，並提高液流電池之使用壽命等功效。
雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
S1:獲得經前處理之碳氈之步驟 S2:獲得具有該石墨烯薄膜之碳氈之步驟 S3:獲得經石墨烯改質之碳氈電極之步驟 1:質子交換膜 2:經石墨烯改質之碳氈電極 3:雙極板 4:液流框板 5:集電板 6:電池框
［第1圖］：本發明之經石墨烯改質之碳氈電極的製備方法之實施例的流程圖。 ［第2圖］：本發明之液流電池之結構示意圖。 ［第3圖］：利用掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope, SEM，型號為Hitachi S-3000N)，以500倍、1000倍、3000倍及5000倍之放大倍率觀察原始碳氈之表面粗糙度之照片。 ［第4圖］：利用掃描電子顯微鏡，以500倍、1000倍、3000倍及5000倍之放大倍率觀察經前處理之碳氈之表面粗糙度之照片。 ［第5圖］：利用掃描電子顯微鏡，以500倍、1000倍、3000倍及5000倍之放大倍率觀察第一碳氈之表面粗糙度之照片。 ［第6圖］：利用掃描電子顯微鏡，以500倍、1000倍、3000倍及5000倍之放大倍率觀察第二碳氈之表面粗糙度之照片。 ［第7圖］：利用掃描電子顯微鏡，以500倍、1000倍、3000倍及5000倍之放大倍率觀察第三碳氈之表面粗糙度之照片。 ［第8圖］：利用掃描電子顯微鏡，以500倍、1000倍、3000倍及5000倍之放大倍率觀察第四碳氈之表面粗糙度之照片。 ［第9圖］：利用掃描電子顯微鏡，以500倍、1000倍、3000倍及5000倍之放大倍率觀察第五碳氈之表面粗糙度之照片。 ［第10圖］：利用掃描電子顯微鏡，以500倍、1000倍、3000倍及5000倍之放大倍率觀察第六碳氈之表面粗糙度之照片。 ［第11圖］：利用光學顯微鏡(optical microscope, OM，型號為Olympus CX-41)，以500倍之放大倍率觀察原始碳氈、經酸處理之第三碳氈及經石墨烯改質第七碳氈至第十碳氈之表面纖維之照片。 ［第12圖］：利用拉曼光譜儀(Renishaw BR010-02-B inVia confocal Raman microscope)檢測第七碳氈經準分子雷射濺鍍前之D峰與G峰(I D/I G)比值與經準分子雷射濺鍍後之I D/I G比值。 ［第13圖］：利用拉曼光譜儀檢測第七碳氈經脈衝能量為45 mJ/pulse、55 mJ/pulse及75 mJ/pulse之條件的準分子雷射濺鍍方式照射碳氈之表面的石墨烯薄膜前與後之I D/I G比值。
S1:獲得經前處理之碳氈之步驟
S2:獲得具有該石墨烯薄膜之碳氈之步驟
S3:獲得經石墨烯改質之碳氈電極之步驟

Claims (10)

  1. 一種經石墨烯改質之碳氈電極的製備方法，包括以下步驟： 齊備一碳氈，將該碳氈浸泡於丙酮溶液內180分鐘至240分鐘，再以去離子水清洗該碳氈，並將該碳氈烘乾，以獲得一經前處理之碳氈； 將該經前處理之碳氈置入一真空腔體內，以物理氣相沉積法將一石墨靶材之碳原子蒸鍍至該經前處理之碳氈的表面，使該經前處理之碳氈的表面上形成一石墨烯薄膜，並獲得一具有該石墨烯薄膜之碳氈；以及， 利用準分子雷射濺鍍方法照射該石墨烯薄膜，以獲得一經石墨烯改質之碳氈電極； 其中，該準分子雷射濺鍍方法係使用光源波長低於300 nm之深紫外光作為雷射光源，脈衝寬度係介於30 ns至40 ns之間，以及脈衝能量係介於40 mJ/pulse至100 mJ/pulse之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之製備方法，其中，該脈衝能量係介於45 mJ/pulse至75 mJ/pulse之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之製備方法，其中，該將該石墨靶材之碳原子蒸鍍至該經前處理之碳氈的表面的時間係介於20分鐘至120分鐘之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之製備方法，其中，該雷射光源是一氟化氪雷射。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之製備方法，其中，該石墨烯薄膜之厚度係介於10 nm至50 nm之間。
  6. 一種如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之製備方法所製得之經石墨烯改質之碳氈電極，包含一碳氈及一石墨烯改質層，該石墨烯改質層係覆蓋於該碳氈之表面，且該石墨烯改質層之I D/I G比值係介於0.1至0.25之間。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之經石墨烯改質之碳氈電極，其中，該石墨烯改質層之I D/I G比值為0.2。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之經石墨烯改質之碳氈電極，其中，該石墨烯改質層具有介於70度至90度之間的水接觸角。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之經石墨烯改質之碳氈電極，其中，該石墨烯改質層具有75度的水接觸角。
  10. 一種液流電池，包括一質子交換膜、二如申請專利範圍第6至9項中任一項所述之經石墨烯改質之碳氈電極、二雙極板、二液流框板、二集電板及一電池框；其中，該質子交換膜、該經石墨烯改質之碳氈電極、該雙極板、該液流框板，以及該集電板係設置於該電池框內部，且自該質子交換膜之兩側分別依序設置該經石墨烯改質之碳氈電極、該雙極板、該液流框板，以及該集電板。
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"Laser-perforated carbon paper electrodes for improved mass-transport in high power density vanadium redox flow batteries"，Journal of Power Sources，Volume 260, 15 August 2014, Pages 251-258 *
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"Role of reduced graphene oxide as nano-electrocatalyst in carbon felt electrode of vanadium redox flow battery"，Journal of Electroanalytical Chemistry，Volume 789, 15 March 2017, Pages 67-75 *
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Outstanding electrochemical performance of a graphene-modified graphite felt for vanadium redox flow battery application"， Journal of Power Sources，Volume 338, 15 January 2017, Pages 155-162 *
Outstanding electrochemical performance of a graphene-modified graphite felt for vanadium redox flow battery application"， Journal of Power Sources，Volume 338, 15 January 2017, Pages 155-162。

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