一种用于锌碘液流电池的石墨毡复合电极、其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种用于锌碘液流电池的石墨毡复合电极、其制备方法和应用，该复合电极包括：石墨毡基底以及复合在石墨毡基底上的异质原子掺杂的二氧化钛；所述异质原子选自磷、氮和硫中的一种或几种。本发明专利技术提供的石墨毡复合电极是异质原子掺杂二氧化钛修饰石墨毡，所述的异质原子掺杂二氧化钛修饰石墨毡主要用作锌碘液流电池的正极，其稳定性好，对I

【技术实现步骤摘要】
一种用于锌碘液流电池的石墨毡复合电极、其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锌碘液流电池电极材料
，具体涉及一种用于锌碘液流电池的石墨毡复合电极、其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]由于传统化石能源短缺、环境污染和温室效应等问题，开发风能、太阳能等可再生能源受到广泛关注，但这些可再生能源具有间歇性强、稳定性差、受地理因素限制等特点，并入电网较难，因此开发一种大规模高效稳定的储能技术是目前所需。液流电池是一种高能量密度、低成本、安全的大规模储能技术，现今液流电池主要有全钒液流电池(正、负极全使用钒盐溶液，简称钒电池)、锌铈液流电池、锌溴液流电池、锌碘液流电池等几种，其中锌碘液流电池采用金属锌作为负极、碘盐作为正极，因其具有高溶解度、高能量密度、环境友好等特点备受关注。但是，锌碘液流电池却存在着能量效率低、循环性能差，活性电对(I
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)反应动力缓慢等问题。
[0003]对于锌碘液流电池的问题，解决策略主要是对隔膜、电解质或电极进行改性。从电极角度上来说，当前使用最多的是石墨毡电极，然而石墨毡电极对I
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电化学活性较低，限制了石墨毡在锌碘电池的应用。表面改性是用于提高碳材料活性的常见方法之一，例如通常使用氧气中的热处理或酸处理使碳材料表面形成含氧的官能团，以提高其活性和亲水性；这类方法简单易行，但却很难精确控制官能团的种类和含量，容易降低电极电导率。

技术实现思路

[0004]针对以上问题，本专利技术的目的在于提供一种石墨毡复合电极、其制备方法和在锌碘电池中的应用，本专利技术提供的石墨毡复合电极稳定性好，对I
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催化活性高，其用于锌碘液流电池，能有效提高对活性电对转换反应活性，利于应用。
[0005]本专利技术提供一种用于锌碘液流电池的石墨毡复合电极，其包括：石墨毡基底；以及复合在所述石墨毡基底上的改性成分，所述改性成分为异质原子掺杂的二氧化钛；
[0006]所述异质原子选自磷、氮和硫中的一种或几种。
[0007]本专利技术的一个目的是解决现阶段锌碘液流电池中活性电对电化学活性低和功率密度低、能量效率差的问题，申请人研究发现，石墨毡与其他材料(例如贵金属，过渡金属氧化物和氮化物)结合以构建石墨毡复合电极，有望提高石墨毡活性。TiO2由于其储量丰富、成本低廉、高稳定性在电催化、能量转换、电化学储能等领域得到了广泛应用。但是，经研究，石墨毡电极单纯结合TiO2对I
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活性电对的催化活性不足。
[0008]本专利技术提供的石墨毡复合电极是异质原子掺杂二氧化钛修饰石墨毡，即，此复合电极以石墨毡为基底，所述的石墨毡基底上复合有异质原子掺杂的二氧化钛；所述异质原子选自磷、氮和硫中的一种或几种。所述的异质原子掺杂二氧化钛修饰石墨毡主要用作锌碘液流电池的正极，其稳定性好，对I
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催化活性高，从而提高锌碘液流电池的能量效率。
[0009]本专利技术实施例提供一种用于锌碘液流电池的石墨毡复合电极的制备方法，包括以下步骤：
[0010]S1、将石墨毡与二氧化钛进行复合，得到二氧化钛修饰石墨毡；
[0011]S2、将所述二氧化钛修饰石墨毡与异质元素原料通过热处理使异质元素掺杂，得到石墨毡复合电极；
[0012]所述异质元素原料选自磷源、氮源和硫源中的一种或几种。
[0013]在本专利技术的实施例中，步骤S1包括：
[0014]S11、将石墨毡置于二氧化钛分散水溶液中，在空气氛围下高温热处理，使石墨毡上形成TiO2晶种；
[0015]S12、将所述形成TiO2晶种的石墨毡与含有钛源的酸性水溶液在一定温度下水热反应一定时间，清洗干燥后进行高温热处理，得到二氧化钛修饰石墨毡。
[0016]在本专利技术的实施例中，步骤S11中，所述二氧化钛分散水溶液浓度优选为0.01
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2mol/L；热处理温度优选为200
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400℃，时间为5
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30min。
[0017]在本专利技术的实施例中，步骤S12中，所述钛源为钛酸四正丁酯、钛酸异丙酯和四氯化钛中的一种或几种；所述钛源浓度为0.05
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0.5mol/L。
[0018]在本专利技术的实施例中，步骤S12中，所述水热反应温度优选为100
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180℃，时间为2
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10h。
[0019]在本专利技术的优选实施例中，步骤S12中，所述高温热处理过程升温速率为1
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10℃/min，温度为300
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700℃，时间为0.5
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2h。
[0020]在本专利技术的优选实施例中，步骤S2中，所述磷源为红磷、磷酸二氢钠和三苯基膦中的一种或几种；所述氮源为氨气、尿素和铵盐中的一种或几种；所述硫源为升华硫和硫脲中的一种或几种。
[0021]在本专利技术的优选实施例中，步骤S2中热处理具体为：将所述二氧化钛修饰石墨毡和异质元素原料放在管式炉中，以一定的速率加热至退火温度，保持一段时间，之后以相同的速率降至室温，得到石墨毡复合电极。
[0022]在本专利技术的优选实施例中，步骤S2中，所述加热至退火温度的速率为1
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10℃/min，退火温度为400
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900℃，保持时间为0.5
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3h。
[0023]本专利技术提供一种锌碘液流电池，其中，以前文所述的石墨毡复合电极为正极。
[0024]在本专利技术的实施例中，所述锌碘液流电池中的负极为纯石墨毡或锌片。
[0025]本专利技术另一目的是公开一种异质原子掺杂二氧化钛修饰石墨毡的制备方法，制得的石墨毡复合电极用于锌碘液流电池正极材料；本专利技术实施例中的制备过程主要以商业化石墨毡为基底，通过水热法在石墨毡上生长二氧化钛，再经过高温热处理进行异质原子(磷、硫、氮中一种或多种)掺杂，即可得到异质原子掺杂二氧化钛修饰石墨毡复合电极。本专利技术所述的石墨毡复合电极的制作过程简单易行，成本低廉，环境友好，易于工业化生产。本专利技术既能保留原石墨毡的高比表面积和多孔结构，又提高了活性电对的催化活性，可全面提高锌碘液流电池的性能。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例2制备的氮掺杂TiO2石墨毡的SEM图；
[0027]图2为本专利技术实施例1
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3制备的磷掺杂TiO2石墨毡、氮掺杂TiO2石墨毡、硫掺杂TiO2石墨毡的XRD图；
[0028]图3为本专利技术实施例制备的氮掺杂TiO2石墨毡复合电极、磷掺杂TiO2石墨毡复合电极、硫掺杂TiO2石墨毡复合电极、TiO2石墨毡复合电极和纯石墨毡组装的锌碘液流电池的倍率性能图；
[0029]图4为本专利技术实施例1制备的磷掺杂TiO2石墨毡复合电极组装的锌碘液流电池的循环性能图。
具体实施方式
[0030]下面对本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于锌碘液流电池的石墨毡复合电极，其特征在于，包括：石墨毡基底；以及复合在所述石墨毡基底上的改性成分，所述改性成分为异质原子掺杂的二氧化钛；所述异质原子选自磷、氮和硫中的一种或几种。2.一种用于锌碘液流电池的石墨毡复合电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将石墨毡与二氧化钛进行复合，得到二氧化钛修饰石墨毡；S2、将所述二氧化钛修饰石墨毡与异质元素原料通过热处理使异质元素掺杂，得到石墨毡复合电极；所述异质元素原料选自磷源、氮源和硫源中的一种或几种。3.根据权利要求2所述的石墨毡复合电极的制备方法，其特征在于，步骤S1包括：S11、将石墨毡置于二氧化钛分散水溶液中，在空气氛围下高温热处理，使石墨毡上形成TiO2晶种；S12、将所述形成TiO2晶种的石墨毡与含有钛源的酸性水溶液在一定温度下水热反应一定时间，清洗干燥后进行高温热处理，得到二氧化钛修饰石墨毡。4.根据权利要求3所述的石墨毡复合电极的制备方法，其特征在于，步骤S11中，所述二氧化钛分散水溶液浓度优选为0.01
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2mol/L；热处理温度优选为200
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400℃，时间为5
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30min；步骤S12中，所述钛源为钛酸四正丁酯、钛酸异丙酯和四氯化钛中的一种或几种；所述钛源浓度为0.05
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0.5mol/L。5.根据权利要求4所述的石墨毡复合电极的制备方法，其特征在于，步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：王功名，米文莉，朱子轩，裴志彬，牛淑文，孙达，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：