【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于燃料电池，具体涉及一种用于全钒液流电池的金属极板电极材料及其制备方法。
技术介绍
1、锂离子电池作为常见的储能方式，具有高能量密度和相对可接受的价格，已经在手机、电动车等领域广泛使用。但是，锂离子电池在安全性和长时间耐久性方面性能较差。相较而言，液流电池具有更安全和更长的使用寿命，成为锂离子电池的有利竞争者。
2、液流电池主要是将能量储存在流动的液态电解液中，当前最常见的液流电池为全钒液流电池。以其为例，整个电池包括两个可逆的电极半反应，在充电时四价钒(vo2+)和三价钒(v3+)分别在正负极形成五价钒(vo2+)和二价钒(v2+)，而在放电时发生逆过程重新形成四价钒和三价钒，整个过程只有溶液中的钒离子发生价态变化，而没有额外的固体或气体参与反应或生成。因此，整个电池进行长时间充放电循环仍能保持相对稳定。
3、典型的全钒液流电池装置如图1所示，泵组6将电解液储液罐1中的电解液通过管道2输送至电堆中的电解液腔室5中，并由质子膜4隔开，两端为电池电极3，电池电极向外部连接电源/负载7而进行充放电。全钒液流电池采用的电解液一般为1mol/l以上的硫酸和1mol/l以上的钒盐形成的混合溶液，该电解液具有非常强的腐蚀性，而电池极板与该电解液长时间保持接触，并且存在外加电位等效应。为了保持电池性能，电池极板需要在该体系保持长时间稳定而不被腐蚀，同时又保持良好的导电性。
4、现有技术中，专利文献cn202311602405.8公开一种基于石墨烯网络的液流电池用复合双极板的制备方法，利用加压溶气
5、(1)当前全钒液流电池体系主要使用石墨或碳塑复合极板，这些以碳材料为主的电极材料导电性和机械加工性能较差。此外，由于碳材料在正极环境下难以承受高电位，稍高的电位会大幅加速碳材料氧化溶解等现象，长期使用会带来性能衰减并存在潜在的安全问题。
6、(2)常规的金属极板难以在全钒液流电池的电解液中保持长久稳定，例如常见的不锈钢材料在液流电池的酸度条件下表面形成的钝化膜难以保护材料内部的稳定，会发生进一步溶解而腐蚀基材。而且通过热喷涂、涂覆等方法制备的金属或有机高分子涂层导电性能、耐腐蚀性能较差，难以满足当前液流电池以年为单位的长时间稳定运行要求。
7、因此，开发以金属极板为基础制备适用于全钒液流电池体系的涂层以防护电解液的腐蚀尤为重要。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供一种用于全钒液流电池的金属极板电极材料，其具有抵抗全钒液流电池电解液的腐蚀、正极高电位条件下保持电阻稳定以及长时间的化学稳定性和优异的导电性等优势。
2、本专利技术的另一目的在于提供所述金属极板电极材料的制备方法，工艺简单且易于产业化。
3、为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
4、本专利技术提供一种用于全钒液流电池的金属极板电极材料，其包括金属基材、界面结合层和表面耐蚀层，其中：
5、所述金属基材为厚度均匀的工业纯钛板；
6、所述界面结合层的组分选自ti、ta、nb、tiox、nbox、taox中的一种或多种；
7、所述表面耐蚀层的组分选自pt、ru、ir中的一种或多种。
8、本专利技术还提供一种用于全钒液流电池的金属极板电极材料的制备方法，包括以下步骤：
9、(1)选取厚度均匀的工业纯钛板作为金属基材，将其依次在乙醇和水中超声清洗，去掉表面的油脂和碎屑；
10、(2)将步骤(1)处理后的金属基材固定到挂架上，移动至封闭反应腔室内并抽真空至0.1～0.3 pa，加热至300～500℃保温20～40分钟；通过气路和气孔向所述封闭反应腔室内通入ar气体、或ar和o2混合气体，再控制真空度为0.4～0.6 pa，在沉积电流为0.8～1.5a的条件下将第一金属靶材气相沉积于所述金属基材表面形成界面结合层，沉积时间为10～20min；
11、(3)将步骤(2)中含有界面结合层的金属基材固定到挂架上，移动至封闭反应腔室内并抽真空至0.1～0.3 pa，加热至300～500℃保温20～40分钟；随后通过气路和气孔向所述封闭反应腔室内通入ar气体，控制真空度为0.4～0.6 pa，在沉积电流为0.1～1 a的条件下将第二金属靶材气相沉积于所述界面结合层表面形成表面耐蚀层，沉积时间为5～10min，即得。
12、作为优选，步骤（2）中，所述ar和o2混合气体中ar和o2的体积比为5：1。
13、作为优选，步骤（2）中，所述第一金属靶材选自ti、ta、nb中的一种或多种。
14、作为优选，步骤（2）中，所述界面结合层的成分选自ti、ta、nb、tiox、nbox、taox中的一种或多种。
15、作为优选，步骤（3）中，所述表面耐蚀层的组分选自pt、ru、ir中的一种或多种。
16、作为优选，步骤（3）中，所述第二金属靶材选自pt、ru、ir中的一种或多种。
17、作为优选，步骤（2）和（3）中，加热至400℃保温30分钟。
18、作为优选，步骤（2）和（3）中，所述气相沉积的方式为磁控溅射或多弧离子镀。
19、本专利技术还提供一种全钒液流电池金属极板，包括所述金属极板电极材料。
20、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
21、（1）本专利技术的金属极板电极材料以钛作为金属基材，具有良好的耐蚀性、导电性和易加工性；表面耐蚀涂层在全钒液流电池的电解液中起到耐腐蚀作用，确保金属极板的稳定性，还可以降低接触电阻，提高电池的能量效率；界面结合层可以进一步提高表面耐蚀层与钛基材的结合性能，也避免钛基材自身的表面缺陷影响金属耐蚀层的致密性。
22、（2）本专利技术通过气相沉积方式，将致密的纳米级别厚度的pt等耐蚀金属镀在钛基材上，作为金属极板电极材料能够在全钒液流电池电解液中长时间运行并保持稳定，提高液流电池的电池效率，相较于石墨板进行机械加工更方便。
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1.一种用于全钒液流电池的金属极板电极材料，其特征在于，包括金属基材、界面结合层和表面耐蚀层，其中：
2.权利要求1所述金属极板电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述金属极板电极材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述Ar和O2混合气体中Ar和O2的体积比为5：1。
4.根据权利要求2所述金属极板电极材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述第一金属靶材选自Ti、Ta、Nb中的一种或多种。
5.根据权利要求2所述金属极板电极材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述第二金属靶材选自Pt、Ru、Ir中的一种或多种。
6.根据权利要求2所述金属极板电极材料的制备方法，其特征在于，所述界面结合层的成分选自Ti、Ta、Nb、TiOx、NbOx、TaOx中的一种或多种。
7.根据权利要求2所述金属极板电极材料的制备方法，其特征在于，所述表面耐蚀层的组分选自Pt、Ru、Ir中的一种或多种。
8.根据权利要求2所述金属极板电极材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）和
9.根据权利要求2所述金属极板电极材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）和（3）中，所述气相沉积的方式为磁控溅射或多弧离子镀。
10.一种全钒液流电池金属极板，其特征在于，其包括权利要求1所述金属极板电极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种用于全钒液流电池的金属极板电极材料，其特征在于，包括金属基材、界面结合层和表面耐蚀层，其中：
2.权利要求1所述金属极板电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述金属极板电极材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述ar和o2混合气体中ar和o2的体积比为5：1。
4.根据权利要求2所述金属极板电极材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述第一金属靶材选自ti、ta、nb中的一种或多种。
5.根据权利要求2所述金属极板电极材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述第二金属靶材选自pt、ru、ir中的一种或多种。
6.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹士彦，毕飞飞，姜天豪，胡鹏，蓝树槐，
申请(专利权)人：上海治臻新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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