一種雙功能負(fù)極及其作為全釩液流儲(chǔ)能電池負(fù)極的應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】一種全釩液流儲(chǔ)能電池用雙功能負(fù)極，包括碳素基體材料和其表面修飾的含Bi電催化劑。這種電極適用于全釩液流儲(chǔ)能電池的負(fù)極，可以極大地提高電極材料對(duì)V2+/V3+氧化還原反應(yīng)的電催化活性和電化學(xué)可逆性，減小電荷轉(zhuǎn)移電阻；還具有高的析氫過(guò)電位，可以抑制析氫反應(yīng)的發(fā)生，延長(zhǎng)電池的工作壽命。本發(fā)明提高了全釩液流儲(chǔ)能電池的電壓效率和能量效率，從而提高了其工作電流密度，使得相同輸出功率的電池重量、體積以及成本均大大降低。
【專利說(shuō)明】一種雙功能負(fù)極及其作為全釩液流儲(chǔ)能電池負(fù)極的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)中的液流儲(chǔ)能電池領(lǐng)域，特別涉及全釩液流儲(chǔ)能電池的 電極。
【背景技術(shù)】
[0002] 全釩液流儲(chǔ)能電池因其具有輸出功率和容量相互獨(dú)立，系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活；能量效率 高，壽命長(zhǎng)，運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性高，自放電低；選址自由度大，無(wú)污染、維護(hù)簡(jiǎn)單，運(yùn)營(yíng)成本 低，安全性高等優(yōu)點(diǎn)，在規(guī)模儲(chǔ)能方面具有廣闊的發(fā)展前景，被認(rèn)為是解決太陽(yáng)能、風(fēng)能等 可再生能源發(fā)電系統(tǒng)隨機(jī)性和間歇性非穩(wěn)態(tài)特征的有效方法，在可再生能源發(fā)電和智能電 網(wǎng)建設(shè)中有著重大需求。
[0003]與普通化學(xué)電源電極的功能不同，全釩液流儲(chǔ)能電池的電極是化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)充、 放電反應(yīng)的場(chǎng)所，該種電池的電極本身不參與電化學(xué)反應(yīng)，電解質(zhì)溶液中的活性物質(zhì)在電 極表面接受或給出電子來(lái)完成電池化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)行電能與化學(xué)能之間的轉(zhuǎn)變而實(shí)現(xiàn)能量的 存儲(chǔ)或釋放。
[0004] 目前，制約全釩液流儲(chǔ)能電池商業(yè)化的主要限制就是成本問(wèn)題。要降低其成本，主 要解決方法有兩個(gè)：一為降低各關(guān)鍵材料的成本，如離子交換膜、電解液、電極雙極板的成 本；一為提高電池運(yùn)行的工作電流密度。因?yàn)楣ぷ麟娏髅芏鹊奶岣呖梢蕴岣唠姵氐墓β拭?度，即可以用同樣的電堆實(shí)現(xiàn)更大的功率輸出，而且還可以減少儲(chǔ)能系統(tǒng)的占地面積和空 間，提尚其環(huán)境適應(yīng)能力及系統(tǒng)的可移動(dòng)性，擴(kuò)展液流儲(chǔ)能電池的應(yīng)用領(lǐng)域。然而，工作電 流密度的提高會(huì)導(dǎo)致電壓效率和能量效率的降低。為了在不降低能量效率的前提下提高電 池的工作電流密度，就需要盡可能地減小電池極化，即歐姆極化、電化學(xué)極化和濃差極化， 降低電壓損耗。
[0005] 全釩液流電池以溶解于一定濃度硫酸溶液中的不同價(jià)態(tài)釩離子為電池充放電時(shí) 正負(fù)極電極反應(yīng)的活性物質(zhì)。電池隔膜允許Η離子自由通過(guò)，而限制V離子的通過(guò)。電極 反應(yīng)方程式如下：
[0006] 正極：
【權(quán)利要求】
1. 一種雙功能負(fù)極，其特征在于：所述雙功能負(fù)極是以碳素材料作為基體，在其表面 修飾有含Bi電催化劑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙功能負(fù)極，其特征在于：所述含Bi電催化劑為Bi單質(zhì)、 Bi203、Bi鹵化物或Bi金屬鹽中的一種或二種以上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙功能負(fù)極，其特征在于：所述Bi _化物為氟化鉍、氯化鉍、 溴化秘或碘化祕(mì)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙功能負(fù)極，其特征在于：所述Bi金屬鹽為硫酸鉍、硝酸鉍、 磷酸鉍、甲酸鉍或乙酸鉍。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙功能負(fù)極，其特征在于：所述含Bi電催化劑于基體上 的沉積量為雙功能負(fù)極的〇· 05-l〇wt%，優(yōu)選地為0· l-5wt%，更優(yōu)選地為〇· 2-3wt%。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或5所述的雙功能負(fù)極，其特征在于：所述含Bi電催化劑的顆粒 尺寸為lnm-5 μ m,優(yōu)選地，為2-500nm。
7·根據(jù)權(quán)利要求1、2、5或6所述的雙功能負(fù)極，其特征在于：所述碳素材料為碳?xì)?、?墨氈、碳紙或碳布中的一種或它們中二種以上的復(fù)合體。
8·根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙功能負(fù)極，其特征在于：所述雙功能負(fù)極可通過(guò)浸潰法、電 化學(xué)沉積法、化學(xué)鍍法或化學(xué)氣相沉積法將含Bi電催化劑制備于基體表面，形成含Bi電催 化劑層。
9. 一種權(quán)利要求1-S任一所述雙功能負(fù)極的應(yīng)用，其特征在于：所述雙功能負(fù)極作為 全釩液流儲(chǔ)能電池負(fù)極用于全釩液流儲(chǔ)能電池中。 ^
【文檔編號(hào)】H01M4/86GK104218248SQ201310214768
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2013年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月31日
【發(fā)明者】劉濤, 張華民, 李先鋒, 楊曉飛 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所