一种基于膜电极的多硫化物液流电池的组装及测试方法技术

本发明专利技术提供了一种基于膜电极的多硫化物液流电池的组装及测试方法，电池的负极上刮涂有第一催化剂层，电池的离子交换膜上靠近负极的一侧面上喷涂有第二催化剂层。该电池的库伦效率高和循环性好。效率高和循环性好。效率高和循环性好。

An assembly and testing method of polysulfide flow battery based on membrane electrode

【技术实现步骤摘要】
一种基于膜电极的多硫化物液流电池的组装及测试方法


[0001]本专利技术涉及一种基于膜电极的多硫化物液流电池及其制备方法，属于液流电池


技术介绍

[0002]液流电池是正极和(或)负极电解质溶液储存于电池外部的储罐中，通过泵和管路输送到电池内部进行反应。在电池内部，正、负极电解液用离子交换膜(或离子隔膜)分隔开，正负极电解液分开、各自循环的一种高性能蓄电池。与普通的二次电池不同，液流电池的储能活性物质与电极完全分开，功率和容量设计互相独立，易于模块组合和电池结构的放置；电极只提供电化学反应的场所，自身不发生氧化还原反应；活性物质溶于电解液，电极枝晶生长刺破隔膜的危险在液流电池中大大降低；同时，流动的电解液可以把电池充电/放电过程产生的热量带走，避免由于电池发热而产生的电池结构损害甚至燃烧。液流电池具有容量高、使用领域(环境)广、循环使用寿命长的特点，具有广阔的应用前景。
[0003]多硫化物由于具有多电子、高溶解度和廉价等优势，是构建高能量密度液流电池最具潜力的负极活性物质。然而，由于多硫化物迟缓的氧化还原动力学，电池的输出功率较低；由于多硫化物的穿膜产生不导电的元素硫沉积在膜和正极集流体上(穿膜效应)，电池的库伦效率和循环性能较差。由于以上缺点，目前的多硫化物液流电池的大规模工业化应用无法实现。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种基于膜电极的多硫化物液流电池的组装及测试方法，可以有效解决上述问题。
[0005]本专利技术是这样实现的：
[0006]一种基于膜电极的多硫化物液流电池，电池的负极上刮涂有第一催化剂层，电池的阳离子交换膜上靠近负极的一侧面上喷涂有第二催化剂层。
[0007]作为进一步改进的，所述第一催化剂层和第二催化剂层的催化剂材料为石墨烯负载的过渡金属硫化物或过渡金属
‑
氮
‑
碳材料。
[0008]作为进一步改进的，所述石墨烯负载的过渡金属硫化物选自CoS
x
@rGO、CuS
x
@rGO、Ni3S4@rGO、Ni1‑
x
Co
x
S2@rGO、Ni3‑
x
Co
x
S4@rGO中的一种或几种。
[0009]作为进一步改进的，所述过渡金属
‑
氮
‑
碳材料选自Fe
‑
N
‑
C、Co
‑
N
‑
C、Ni
‑
N
‑
C中的一种或几种。
[0010]作为进一步改进的，所述第一催化剂层的催化剂的载量为2
‑
30mg/cm2，所述第二催化剂层的催化剂的载量为1
‑
20mg/cm2。
[0011]一种上述的基于膜电极的多硫化物液流电池的组装方法，包括以下步骤：
[0012]S1，将催化剂材料制备成刮涂浆料，刮涂于负极的表面；
[0013]S2，将催化剂材料制备成喷涂浆料，喷涂于阳离子交换膜的表面；
[0014]S3，组装多硫化物液流电池，保证阳离子交换膜喷涂有催化剂的一面朝向负极。
[0015]作为进一步改进的，所述将催化剂材料制备成刮涂浆料或喷涂浆料为：将催化剂材料均匀分散在有机溶剂A中，同时将粘结剂溶于有机溶剂B中，混合两种溶液，超声分散得到刮涂浆料或喷涂浆料。
[0016]作为进一步改进的，所述有机溶剂A选自乙醇、异丙醇或正丙醇中的一种或多种；所述有机溶剂B选自N，N
‑
二甲基甲酰胺或N
‑
甲基吡咯烷酮中的一种或多种；所述粘结剂选自PVDF、PTFE、Nafion中的一种或多种。
[0017]作为进一步改进的，所述催化剂材料和粘结剂的质量比为20：1
‑
2：1。
[0018]作为进一步改进的，喷涂后的阳离子交换膜在80℃
‑
200℃，0.1
‑
10MPa下热压1
‑
20min。
[0019]本专利技术的有益效果是：
[0020]本专利技术阳离子交换膜上靠近负极的一侧面上喷涂有催化剂层，形成膜电极，催化剂层的分布面积大，催化效率高，同时催化剂层也能抑制多硫化物严重的穿膜效应，提高了多硫化物氧化还原动力学和电池的功率密度。
[0021]本专利技术催化剂采用了石墨烯负载的过渡金属硫化物，利用石墨烯二维材料作为载体，提高过渡金属硫化物中活性位点的暴露情况，增加催化剂的利用率，进一步提高多硫化物氧化还原动力学和电池的功率密度。同时，由于石墨烯的大比表面和电负性，喷涂在阳离子交换膜上的石墨烯负载的过渡金属硫化物纳米材料能够对带负电的多硫化物产生阻挡和排斥作用，抑制多硫化物严重的穿膜效应，使得电池的库伦效率和循环性明显提升。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0023]图1为本专利技术实施例提供的基于膜电极的多硫化物液流电池的示意图。
[0024]图2为本专利技术实施例和对比例提供的基于膜电极的多硫化物液流电池的功率密度图。
[0025]图3为本专利技术实施例和对比例提供的基于膜电极的多硫化物液流电池20mA/cm2电流密度下的100圈长循环库伦效率图。
具体实施方式
[0026]为使本专利技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施方式中的附图，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本
专利技术保护的范围。
[0027]在本专利技术的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0028]本专利技术实施例提供一种基于膜电极的多硫化物液流电池，电池的负极上刮涂有第一催化剂层，电池的阳离子交换膜上靠近负极的一侧面上喷涂有第二催化剂层。阳离子交换膜上喷涂催化剂层，形成膜电极，能提高催化剂的分布面积，提高催化剂的催化效率，同时，催化剂层也能阻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于膜电极的多硫化物液流电池，其特征在于，电池的负极上刮涂有第一催化剂层，电池的阳离子交换膜上靠近负极的一侧面上喷涂有第二催化剂层。2.根据权利要求1所述的基于膜电极的多硫化物液流电池，其特征在于，所述第一催化剂层和第二催化剂层的催化剂材料为石墨烯负载的过渡金属硫化物或过渡金属
‑
氮
‑
碳材料。3.根据权利要求2所述的基于膜电极的多硫化物液流电池，其特征在于，所述石墨烯负载的过渡金属硫化物选自CoS
x
@rGO、CuS
x
@rGO、Ni3S4@rGO、Ni1‑
x
Co
x
S2@rGO、Ni3‑
x
Co
x
S4@rGO中的一种或几种。4.根据权利要求2所述的基于膜电极的多硫化物液流电池，其特征在于，所述过渡金属
‑
氮
‑
碳材料选自Fe
‑
N
‑
C、Co
‑
N
‑
C、Ni
‑
N
‑
C中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的基于膜电极的多硫化物液流电池，其特征在于，所述第一催化剂层的催化剂的载量为2

【专利技术属性】
技术研发人员：陈嘉嘉，杨乐，陈碧娴，韩艳红，郝亚辉，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：