專利名稱：鋅溴氧化還原液流電池正極電極及其制備的制作方法
技術領域：
本發明涉及鋅溴電池，具體地說是鋅溴氧化還原液流電池正極用高性能電極及制 備方法。
背景技術：
鋅溴液流電池正極目前均采用不同厚度的碳氈，使用碳氈作為鋅溴電池正極，具 有比表面積高、催化活性較高的優點，但由于碳氈在制作過程中，個體之間存在較大的差 異，容易導致電池性能的差別，在組裝電堆時的弊端尤其明顯。而且，碳氈機械性能較差，在 裝配電池時，為了減小碳氈的變形需引入附加的支撐體，增加了電池的體積。另一解決辦法 是使用碳復合板作為電池正極，雖然具有較好的機械性能但由于存在較高的過電位，導致 電池性能與碳氈相差較大。
發明內容
本發明的目的在于提供一種機械性能好、高溴氧化還原活性、體積電阻率較低的 鋅溴液流電池電極。本發明的技術方案鋅溴氧化還原液流電池正極電極，包括碳塑復合材料板，及在碳塑復合材料板的 一側表面附著的高比表面積的催化層；催化層由粘接劑氯化聚丙烯或氯化聚乙烯、催化劑活性碳或碳載金屬、導電劑導 電石墨或碳黑構成，它們間的重量比為粘接劑催化劑導電劑=1-5 1-15 1-5 ；催 化劑在碳塑復合材料板上的載量在0. 5mg/cm2-10mg/cm2之間。在碳塑復合材料板和催化層間可粘附有碳紙、碳布或碳氈。所述正極電極的制備方法1)催化層漿料配置按重量份數計，將氯化聚丙烯或氯化聚乙烯1-5份、碳粉或碳 載金屬1-15份、導電石墨1-5份、造孔劑1-5份混合，采用有機溶劑溶解或高溫攪拌熔融 后，得催化層漿料備用；2)采用噴涂、刮涂、絲網印刷或離子濺射的方法將催化劑漿料均勻地涂覆在碳塑 復合材料板的一側表面，制備催化層；3)對涂覆有催化劑層的碳塑復合材料板進行真空高溫烘干處理，烘干溫度在 90-200 V之間，時間為60s-600s，真空度為_0. Ol-OMPa,保壓降溫至室溫，保證結合力，得 電極產品。首先在碳塑復合材料板上粘附碳紙、碳布或碳氈，而后在碳紙、碳布或碳氈上進行 催化層的制備；1)粘接劑漿料配置按重量份數計，采用氯化聚丙烯或氯化聚乙烯1-2份、碳粉 2-10份、導電石墨2-5份，采用有機溶劑溶解或高溫攪拌熔融備用；2)采用噴涂、刮涂、絲網印刷或離子濺射的方法將粘接劑漿料均勻涂覆在碳塑復合材料板的一側表面，制備粘接層；3)將碳紙、碳布或碳氈通過熱壓粘接于碳塑復合材料板上帶有粘接層的一側，制成一體化電極，而后在其上進行催化層的制備；熱壓溫度在80°C -200°C之間，熱壓壓力在 50kg · CnT2-IOOkg · cnT2，熱壓時間為 10s_180s 之間。所述造孔劑為加熱易分解的物質碳酸氫銨或碳酸銨；所述催化層漿料或粘接劑漿 料采用有機溶劑乙酸乙酯溶解或在100-200°C下加熱攪拌熔融備用。本發明具有如下優點鋅溴氧化還原液流電池的正極溴的氧化還原過電位較大，影響了電池的電壓效率 和能量效率，使用傳統碳氈電極雖然可以降低溴的氧化還原過電位，但碳氈較厚的厚度和 較差的機械性能對電池的結構提出了更高的要求，不利于大型電堆的組裝和體積小型化。本發明提及的正極電極是在聚丙烯、聚乙烯等熱塑性導電板上涂覆或粘接高比表 面積的催化層，同時兼顧較高的比表面積和高導電率，取得了高于碳氈的催化活性，并且由 于該電極的厚度較小，機械性能較優，無需設計較復雜的電池結構，利于電堆整體結構的簡 化及體積的小型化。
具體實施例方式實施例11)催化層漿料配置按重量份數計，稱取氯化聚丙烯或氯化聚乙烯lg、碳粉或碳 載金屬lg、導電石墨lg、造孔劑lg，使用10-100ML的乙酸乙酯溶解備用；2)采用噴涂的方法將催化劑漿料均勻地涂覆在碳塑復合材料板的一側表面，制備 催化層；3)對涂覆有催化劑層的碳塑復合材料板進行真空高溫烘干處理，烘干溫度在 90°C，時間為60s，真空度為-0. OlMPa，保壓降溫至室溫，得電極產品。實施例21)粘接劑漿料配置按重量份數計，采用氯化聚丙烯或氯化聚乙烯lg、碳粉2g、導 電石墨2g，使用10-100ML的乙酸乙酯溶解備用；2)采用絲網印刷的方法將粘接劑漿料均勻涂覆在碳塑復合材料板的一側表面，制 備粘接層；3)將碳布通過熱壓粘接于碳塑復合材料板上帶有粘接層的一側，制成一體化電 極；熱壓溫度150°C，熱壓壓力在50kg · cm_2，熱壓時間為10s。4)催化層漿料配置按重量份數計，稱取氯化聚丙烯或氯化聚乙烯lg、碳粉或碳 載金屬3g、導電石墨lg、造孔劑lg，使用10-100ML的乙酸乙酯溶解備用；5)采用刮涂的方法將催化劑漿料均勻地涂覆在碳布表面，制備催化層；6)對電極進行真空高溫烘干處理，烘干溫度在90°C，時間為60s，真空度 為-0. OlMPa，保壓降溫至室溫，得電極產品。實施例31)粘接劑漿料配置按重量份數計，采用氯化聚丙烯或氯化聚乙烯lg、碳粉5g、導 電石墨2. 5g，使用10-100ML的乙酸乙酯溶解備用；2)采用離子濺射的方法將粘接劑漿料均勻涂覆在碳塑復合材料板的一側表面，制備粘接層； 3)將碳布通過熱壓粘接于碳塑復合材料板上帶有粘接層的一側，制成一體化電 極；熱壓溫度200°C，熱壓壓力在IOOkg · cm_2，熱壓時間為180s。4)催化層漿料配置按重量份數計，稱取氯化聚丙烯或氯化聚乙烯lg、碳粉或碳 載金屬2. 5g、導電石墨lg、造孔劑lg，使用10-100ML的乙酸乙酯溶解備用；5)采用噴涂的方法將催化劑漿料均勻地涂覆在碳布表面，制備催化層；6)對電極進行真空高溫烘干處理，烘干溫度在200°C，時間為600s，真空度為 OMPa,保壓降溫至室溫，得電極產品。
權利要求
1.鋅溴氧化還原液流電池正極電極，其特征在于包括碳塑復合材料板，及在碳塑復 合材料板的一側表面附著的高比表面積的催化層；催化層由粘接劑氯化聚丙烯或氯化聚乙烯、催化劑活性碳或碳載金屬、導電劑導電石 墨或碳黑構成，它們間的重量比為粘接劑催化劑導電劑=1-5 1-15 1-5 ；催化劑 在碳塑復合材料板上的載量在0. 5mg/cm2-10mg/cm2之間。
2.根據權利要求1所述正極電極，其特征在于在碳塑復合材料板和催化層間粘附有 碳紙、碳布或碳氈。
3.—種權利要求1所述正極電極的制備方法，其特征在于1)催化層漿料配置按重量份數計，將氯化聚丙烯或氯化聚乙烯1-5份、碳粉或碳載金 屬1-15份、導電石墨1-5份、造孔劑1-5份混合，采用有機溶劑溶解或高溫攪拌熔融后，得 催化層漿料備用；2)采用噴涂、刮涂、絲網印刷或離子濺射的方法將催化劑漿料均勻地涂覆在碳塑復合 材料板的一側表面，制備催化層；3)對涂覆有催化劑層的碳塑復合材料板進行真空高溫烘干處理，烘干溫度在 90-200°C之間，時間為60s-600s，真空度為-0. Ol-OMPa，保壓降溫至室溫，保證結合力，得 電極產品。
4.按照權利要求3所述正極電極的制備方法，其特征在于首先在碳塑復合材料板上 粘附碳紙、碳布或碳氈，而后在碳紙、碳布或碳氈上按權利要求3所述進行催化層的制備；1)粘接劑漿料配置按重量份數計，采用氯化聚丙烯或氯化聚乙烯1-2份、碳粉2-10 份、導電石墨2-5份，采用有機溶劑溶解或高溫攪拌熔融備用；2)采用噴涂、刮涂、絲網印刷或離子濺射的方法將粘接劑漿料均勻涂覆在碳塑復合材 料板的一側表面，制備粘接層；3)將碳紙、碳布或碳氈通過熱壓粘接于碳塑復合材料板上帶有粘接層的一側，制成 一體化電極，而后在其上進行催化層的制備；熱壓溫度在80°C -200°C之間，熱壓壓力在 50kg · CnT2-IOOkg · cnT2，熱壓時間為 10s_180s 之間。
5.按照權利要求3或4所述正極電極的制備方法，其特征在于所述造孔劑為加熱易 分解的物質碳酸氫銨或碳酸銨。
6.按照權利要求3或4所述正極電極的制備方法，其特征在于所述催化層漿料或粘 接劑漿料采用有機溶劑乙酸乙酯溶解或在100-200°C下加熱攪拌熔融備用。
全文摘要
本發明涉及鋅溴氧化還原液流電池正極電極及其制備方法，包括碳塑復合材料板，及在碳塑復合材料板的一側表面附著的高比表面積的催化層；催化層由粘接劑氯化聚丙烯或氯化聚乙烯、催化劑活性炭或碳載金屬、導電劑導電石墨或碳黑構成。本發明是在聚丙烯、聚乙烯等熱塑性導電板上涂覆或粘接高比表面積的催化層，同時兼顧較高的比表面積和高導電率，提高了正極溴的氧化還原活性和整體的導電性能。避免了使用傳統碳氈電極時導致的電極厚度過大和由于碳氈差異導致的電池性能差異等問題，可以作為取代傳統碳氈電極的新型鋅溴液流電池正極電極。
文檔編號H01M4/88GK102110820SQ200910265439
公開日2011年6月29日 申請日期2009年12月29日 優先權日2009年12月29日
發明者劉宗浩, 張華民, 張立群, 賴勤志 申請人:中國科學院大連化學物理研究所