一种钒电池石墨毡电极材料的化学掺杂改性方法技术

本发明专利技术提供一种钒电池石墨毡电极材料的化学掺杂改性方法，属于绿色能源材料领域，将聚丙烯腈基石墨毡用去离子水超声清洗，在烘箱中干燥，然后将铁镍微球粉末超声分散在石墨毡中，取出后放入高锰酸钾和硫酸的混合溶液中浸泡，用去离子水清洗，在烘箱中烘干，得到电化学活性高的钒电池铁镍掺杂石墨毡改性电极材料。本发明专利技术的钒电池石墨毡电极材料经过化学掺杂改性以后，铁的质量掺杂量为0.2～0.5％，镍的质量掺杂量为0.01～0.05％，吸水率提高350～485％，用作钒电池电极以后，比电容提高18～28％、能量效率提高到60～73％。

【技术实现步骤摘要】
一种钒电池石墨毡电极材料的化学掺杂改性方法
本专利技术涉及一种钒电池石墨毡电极材料的化学掺杂改性方法，属于绿色能源材料领域。
技术介绍
随着社会的发展，能源危机日益严重，即使是太阳能、风能、或是地热能这类可持续再生能源，也都存在着不可连续性和不可预见性的问题，为解决该问题，国家发展改革委员会明确提出要研究高效节能、解决储能中的关键问题，推进国家能源结构向多元化发展，这就要求开发具有稳定性和可靠性的大容量储能系统。全钒液流电池具有成本低、使用寿命长、转化效率高、支持频繁充放电、环保、无污染、无噪音等特点，引起越来越多的重视。聚丙烯腈基石墨毡电极具有比表面积大、稳定性、良好的电化学性能和导电性质，因此适合用作钒液流电池的电极。然而，石墨毡在钒电池电解液中的润湿性差、活性点位较少、催化活性较低等问题，因此如何对其改性处理，成为钒电池走向市场化的关键性技术之一。
技术实现思路
针对上面提到的技术问题，本专利技术提供一种钒电池石墨毡电极材料的化学掺杂改性方法，以聚丙烯腈基石墨毡为钒电池的电极材料，将铁镍微球粉末超声分散在石墨毡中，在高锰酸钾溶液介质中对石墨毡进行化学掺杂改性，得到亲水性强、电化学活性高、比电容高、极化小、能量效率高的钒电池电极材料。本专利技术的技术方案如下：将聚丙烯腈基石墨毡用去离子水超声清洗干净，在烘箱中烘干，然后将铁镍微球粉末超声分散在石墨毡中，取出后放入高锰酸钾和硫酸的混合溶液中浸泡，用去离子水清洗，在烘箱中烘干，得到电化学活性高的钒电池铁镍掺杂石墨毡改性电极材料。所述的一种钒电池石墨毡电极材料的化学掺杂改性方法，包括以下步骤：(1)将聚丙烯腈基石墨毡裁剪为5cm×10cm尺寸大小，用去离子水冲洗一遍，然后浸泡在去离子水中超声清洗15～30分钟；(2)取出聚丙烯腈基石墨毡，放在45℃的烘箱中烘干；(3)将铁镍微球粉末放入去离子水中，超声波分散成悬浮液A；(4)将烘干的聚丙烯腈基石墨毡放入悬浮液A中，继续超声波震荡10～15分钟，使铁镍微球均匀分散到聚丙烯腈基石墨毡孔隙中，然后在45℃的烘箱中烘干，得到沉积有铁镍微球的聚丙烯腈基石墨毡B；(5)配制高锰酸钾和硫酸混合溶液，使混合溶液中高锰酸钾摩尔浓度为0.3～0.47mol/L，硫酸摩尔浓度为0.05～0.1mol/L，静置5～10分钟，使之混合均匀，得到混合溶液C；(6)将聚丙烯腈基石墨毡B放入混合溶液C中浸泡30～60分钟，得到聚丙烯腈基石墨毡D；(7)从混合溶液C取出聚丙烯腈基石墨毡D，用去离子水清洗干净，然后在45℃的烘箱中烘干，得到用于钒电池的铁镍掺杂石墨毡电极材料。所述的钒电池石墨毡电极材料的化学掺杂改性方法，其优选方案为，改性后的石墨毡上掺杂了铁元素和微量的镍元素，铁的质量掺杂量为0.2～0.5％，镍的质量掺杂量为0.01～0.05％。所述的钒电池石墨毡电极材料的化学掺杂改性方法，其优选方案为，在硫酸条件下的高锰酸钾不仅能氧化活化石墨毡，而且能氧化沉积在石墨毡中的铁微球。所述的钒电池石墨毡电极材料的化学掺杂改性方法，其优选方案为，镍微球能减缓石墨毡孔隙中铁微球被高锰酸钾氧化的速度，使铁离子有效地结合在石墨毡上，提高石墨毡的电化学活性。所述的钒电池石墨毡电极材料的化学掺杂改性方法，其优选方案为，改性后的石墨毡吸水率比改性前提高350～485％。所述的钒电池石墨毡电极材料的化学掺杂改性方法，其优选方案为，改性后的石墨毡用做钒电池电极后的比电容，比没改性的石墨毡电极提高了18～28％。所述的钒电池石墨毡电极材料的化学掺杂改性方法，其优选方案为，在200mA/cm2的电流密度下，改性后的石墨毡用做钒电池电极后的能量效率，由没改性的石墨毡电极能量效率的13～15％提高到60～73％。本专利技术的有益效果为：本专利技术工艺简单，操作方便，通过对聚丙烯腈基石墨毡进行化学掺杂改性后，吸水率和比电容都有很大提高，作为钒电池的电极材料以后，可以降低钒电池的充电电位平台，提高钒电池的放电电位平台，能量效率得到很大提高，具有很好的经济和环保效益。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合具体实施例子对钒电池石墨毡电极材料的化学掺杂改性方法做进一步详细的描述，但是应当理解，本申请的保护范围不受这些实施例的具体条件的限制。实施例1：本实施例所述的一种钒电池石墨毡电极材料的化学掺杂改性方法，包括以下步骤：(1)将聚丙烯腈基石墨毡裁剪为5cm×10cm尺寸大小，用去离子水冲洗一遍，然后浸泡在去离子水中超声清洗15分钟；(2)取出聚丙烯腈基石墨毡，放在45℃的烘箱中烘干；(3)将铁镍微球粉末放入去离子水中，超声波分散成悬浮液A；(4)将烘干的聚丙烯腈基石墨毡放入悬浮液A中，继续超声波震荡10分钟，使铁镍微球均匀分散到聚丙烯腈基石墨毡孔隙中，然后在45℃的烘箱中烘干，得到沉积有铁镍微球的聚丙烯腈基石墨毡B；(5)配制高锰酸钾和硫酸混合溶液，使混合溶液中高锰酸钾摩尔浓度为0.33mol/L，硫酸的摩尔浓度为0.1mol/L，静置5分钟，使之混合均匀，得到混合溶液C；(6)将聚丙烯腈基石墨毡B放入混合溶液C中浸泡30分钟，得到聚丙烯腈基石墨毡D；(7)从混合溶液C取出聚丙烯腈基石墨毡D，用去离子水清洗干净，然后在45℃的烘箱中烘干，得到铁掺杂量为0.2％，镍掺杂量为0.03％的用于钒电池的铁镍掺杂石墨毡电极材料，相对于没改性的石墨毡电极材料，吸水率提高了355％，用作钒电池电极后，比电容提高了19％，在200mA/cm2的电流密度下，能量效率提高到62％。实施例2：本实施例所述的一种钒电池石墨毡电极材料的化学掺杂改性方法，包括以下步骤：(1)将聚丙烯腈基石墨毡裁剪为5cm×10cm尺寸大小，用去离子水冲洗一遍，然后浸泡在去离子水中超声清洗30分钟；(2)取出聚丙烯腈基石墨毡，放在45℃的烘箱中烘干；(3)将铁镍微球粉末放入去离子水中，超声波分散成悬浮液A；(4)将烘干的聚丙烯腈基石墨毡放入悬浮液A中，继续超声波震荡15分钟，使铁镍微球均匀分散到聚丙烯腈基石墨毡孔隙中，然后在45℃的烘箱中烘干，得到沉积有铁镍微球的聚丙烯腈基石墨毡B；(5)配制高锰酸钾和硫酸混合溶液，使混合溶液中高锰酸钾摩尔浓度为0.47mol/L，硫酸摩尔浓度为0.05mol/L，静置10分钟，使之混合均匀，得到混合溶液C；(6)将聚丙烯腈基石墨毡B放入混合溶液C中浸泡60分钟，得到聚丙烯腈基石墨毡D；(7)从混合溶液C取出聚丙烯腈基石墨毡D，用去离子水清洗干净，然后在45℃的烘箱中烘干，得到铁质量掺杂量为0.5％、镍质量掺杂量为0.02％的用于钒电池的铁镍掺杂石墨毡电极材料，相对于没改性的石墨毡电极材料，吸水率提高了479％，比电容提高了28％，在200mA/cm2的电流密度下，能量效率提高到73％。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钒电池石墨毡电极材料的化学掺杂改性方法，其特征在于，将聚丙烯腈基石墨毡用去离子水超声清洗干净，在烘箱中烘干，然后将铁镍微球粉末超声分散在石墨毡中，取出石墨毡后放入高锰酸钾和硫酸的混合溶液中浸泡，用去离子水清洗，在烘箱中烘干，得到电化学活性高的钒电池铁镍掺杂石墨毡改性电极材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种钒电池石墨毡电极材料的化学掺杂改性方法，其特征在于，将聚丙烯腈基石墨毡用去离子水超声清洗干净，在烘箱中烘干，然后将铁镍微球粉末超声分散在石墨毡中，取出石墨毡后放入高锰酸钾和硫酸的混合溶液中浸泡，用去离子水清洗，在烘箱中烘干，得到电化学活性高的钒电池铁镍掺杂石墨毡改性电极材料。


2.根据权利要求1所述的一种钒电池石墨毡电极材料的化学掺杂改性方法，包括以下步骤：
(1)将聚丙烯腈基石墨毡裁剪为5cm×10cm尺寸大小，用去离子水冲洗一遍，然后浸泡在去离子水中超声清洗15～30分钟；
(2)取出聚丙烯腈基石墨毡，放在45℃的烘箱中烘干；
(3)将铁镍微球粉末放入去离子水中，超声波分散成悬浮液A；
(4)将烘干的聚丙烯腈基石墨毡放入悬浮液A中，继续超声波震荡10～15分钟，使铁镍微球均匀分散到聚丙烯腈基石墨毡孔隙中，然后在45℃的烘箱中烘干，得到沉积有铁镍微球的聚丙烯腈基石墨毡B；
(5)配制高锰酸钾和硫酸混合溶液，使混合溶液中高锰酸钾摩尔浓度为0.3～0.47mol/L，硫酸摩尔浓度为0.05～0.1mol/L，静置5～10分钟，使之混合均匀，得到混合溶液C；
(6)将聚丙烯腈基石墨毡B放入混合溶液C中浸泡30～60分钟，得到聚丙烯腈基石墨毡D；
(7)从混合溶液C取出聚丙烯腈基石墨毡D，用去离子水清洗干净，然后在45℃的烘箱中烘干，得到用...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱义奎，
申请(专利权)人：朱义奎，
类型：发明
国别省市：湖北;42