【技术实现步骤摘要】
本申请涉及电池电极材料领域，尤其是涉及一种高性能铁铬电池石墨毡的制备方法。
技术介绍
1、铁铬液流电池是一种新兴的储能技术，因其低成本、环保、长寿命以及优异的循环稳定性等特性，在大规模储能领域展现出巨大的潜力。与传统的锂离子电池相比，铁铬液流电池使用铁和铬作为活性物质，不仅资源丰富、价格低廉，而且在电解液中不会发生沉淀现象，从而避免了电池容量衰减的问题。此外，铁铬液流电池的工作温度范围宽泛，无需复杂的热管理系统即可保持良好的性能，这使得其在太阳能和风能等可再生能源并网储能系统中有着广泛的应用前景。
2、在铁铬液流电池的工作过程中，石墨毡电极作为核心部件之一，发挥着至关重要的作用。石墨毡具有良好的导电性、机械强度和化学稳定性，使其成为理想的电流收集器和支持材料。然而，目前市面上的商用石墨毡在实际应用中仍存在一定的局限性，尤其是在电化学活性方面表现不足。由于石墨毡本身的非极性特性，导致其与电解液的接触角较大，即润湿性较差，这直接影响到了电池的工作效率和寿命。具体来说，电解液在石墨毡表面上的不良润湿性会导致电流分布不均，降低电池的能量密度，并且限制了活性物质的有效利用率，进而影响了整体电池的性能。
3、为解决上述问题，现有技术中通过在石墨毡表面沉积具有催化作用的金属纳米颗粒来提高其电化学活性。如公开号为cn114744223a的专利技术专利中公开了一种铁铬氧化还原液流电池电极材料及其制备方法，先将石墨毡浸泡硅酸凝胶，高温处理得到si02-石墨毡，再将其浸泡于铋离子溶液中，经过nabh4溶液还原得到金属bi纳米颗
技术实现思路
1、为解决铁铬电池石墨毡电极电化学反应活性较低且与电解液润湿不良，且传统石墨毡改性增加电池内阻的问题，本申请提供了一种高性能铁铬电池石墨毡的制备方法。
2、第一方面，本申请提供一种高性能铁铬电池石墨毡的制备方法，其包括如下步骤：
3、s1、将石墨毡在空气氛围下加热处理，降温得到活化石墨毡，浸入浓度0.01～0.05wt%的氨基酸溶液中，进行酰胺化反应，得到酰胺化改性石墨毡。
4、s2、将酰胺化改性石墨毡浸于铅离子溶液中，搅拌反应，再加入配体溶液，使石墨毡在混合溶液中进行mof晶体的原位生长，得mof复合石墨毡；
5、s3、将mof复合石墨毡在400～600℃下煅烧，然后在还原气氛中高温还原，得到纳米铅复合石墨毡。
6、优选的，步骤s1中，所述氨基酸溶液为半胱氨酸、赖氨酸或谷氨酸的水溶液。
7、优选的，步骤s1中，所述加热处理为以10～20℃/min的升温速率，升温至500～600℃，保温4～6h。
8、优选的，步骤s1中，所述酰胺化反应的温度为140～160℃，反应时间为30～60分钟。
9、优选的，步骤s2中，所述配体选自对苯二甲酸、均苯三酸、2-甲基咪唑、咪唑中的至少一种。
10、优选的，步骤s2中，所述混合溶液中，铅离子浓度为0.01～0.05mol/l，配体与铅离子的摩尔比为4～5:1。
11、优选的，所述石墨毡为聚丙烯腈基石墨毡。
12、优选的，所述铅离子的原料选自醋酸铅、硝酸铅、氯化铅中的至少一种；更优选为硝酸铅。
13、本申请对配体溶液的溶剂无特殊要求，采用金属有机框架制备中的常规选择；优选为n，n-二甲基甲酰胺（dmf）、甲醇、乙醇或醇水混合液。
14、优选的，步骤s2中，所述原位生长的时间为20～40min。
15、优选的，步骤s3中，所述还原气氛为n2-h2混合气体，气体流量比为3～5:1。
16、优选的，步骤s3中，所述高温还原的温度为300～500℃，更优选为400～500℃；还原时间为1～3h。
17、优选的，所述煅烧时间为3～5h。
18、第二方面，本申请提供一种高性能铁铬电池石墨毡，由上述任一项所述制备方法制得。
19、综上所述，本申请具有如下有益效果：
20、本公开在石墨毡电极表面制备得到了铅纳米颗粒，一方面有助于提高石墨毡的电化学反应活性，降低了电荷传递电阻，提高了反应传质速率，改善了铁铬液流电池的循环性能；另一方面有助于抑制电极表面的析氢副反应(her)，降低放电容量衰减率。
21、具体而言，本公开的制备过程中，首先通过对石墨毡进行高温热氧处理，使其表面产生活性基团，尤其是羧基，改善其表面与电解液的亲和性。再通过羧基与氨基酸的反应，于石墨毡纤维表面接枝巯基、氨基、羧基等配位基团，在浸泡铅离子前驱体溶液时，能够与铅离子配位络合，在石墨毡上形成金属离子活性位点，诱导有机配体在这些活性位点上形成mof晶体。mof晶体经过煅烧和高温还原后形成铅纳米颗粒，采用本公开方法制备的铅纳米颗粒，未出现团聚现象，但未产生中间层增加电极电阻，对石墨毡的电极反应活性提升明显。
22、需要说明的是，浸泡氨基酸步骤能够诱导增加石墨毡表面所得铅纳米颗粒的数量，并提高其比表面积，起到良好的催化电化学反应的作用。此外，在n2-h2混合气体下高温还原，能够促进氮原子对石墨毡的掺杂，增强其极性，有助于提高电解液对石墨毡的润湿性。
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1.一种高性能铁铬电池石墨毡的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述氨基酸溶液为半胱氨酸、赖氨酸或谷氨酸的水溶液。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述加热处理为以10～20℃/min的升温速率，升温至500～600℃，保温4～6h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述酰胺化反应的温度为140～160℃，反应时间为30～60分钟。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述配体选自对苯二甲酸、均苯三酸、2-甲基咪唑、咪唑中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述混合溶液中，铅离子浓度为0.01～0.05mol/L，配体与铅离子的摩尔比为4～5:1。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述原位生长的时间为20～40min。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述还原气氛为N2-H2混合气体，
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述高温还原的温度为300～500℃，还原时间为1～3h。
...【技术特征摘要】
1.一种高性能铁铬电池石墨毡的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述氨基酸溶液为半胱氨酸、赖氨酸或谷氨酸的水溶液。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述加热处理为以10～20℃/min的升温速率，升温至500～600℃，保温4～6h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述酰胺化反应的温度为140～160℃，反应时间为30～60分钟。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述配体选自对苯二甲酸、均...
【专利技术属性】
技术研发人员：张永福，张臣，张帆，张冰冰，芦玲，
申请(专利权)人：沈阳富莱碳纤维有限公司，
类型：发明
国别省市：
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