一種高性能復合碳氈的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及全釩氧化還原液流電池(VRB)用電極材料領域，具體是一種適高性能復合碳氈。
【背景技術】
[0002]隨著經濟的快速發展，新能源材料以其環境友好、資源豐富等優點，引起廣泛關注。但是其中風能、太陽能等可再生能源發電過程具有不連續和不穩定的缺點，為了解決這個問題必須開發高效、廉價、污染少和安全可靠的大規模儲能技術。全釩氧化還原液流電池(VRB)因其功率和能量獨立、循環壽命長、能量效率高、維護成本低、可快速深度充放電等優點而廣泛地應用于風能、太陽能發電過程的儲能設備，電站儲能，電網調峰等方面。電極材料是制約釩電池發展的關鍵材料之一，一種好的釩電池電極材料應具備良好的化學穩定性、良好的機械性能、優越的電化學活性、活性電極反應面積大和成本低廉等優點。傳統的金屬材料電化學可逆性差或者易被鈍化，而鉑、銥等貴金屬雖然電化學活性高、可逆性好和化學穩定性好，但是這類金屬高昂的成本制約其大規模應用。現階段碳類材料如石墨氈、石墨、碳布和碳纖維等以其良好的穩定性和低廉的成本引起廣泛的研宄，是目前應用最多的電極材料，但是這類材料直接應用過程電化學活性低，電池性能差。所以必須對這類材料進行改性處理，以其提高這類材料的電化學活性。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種高性能復合碳氈，解決現有技術中存在的碳氈親水性差、穩定性差、電導率低、電化學活性低以及單個VRB性能差等問題。
[0004]本發明提供的一種高性能復合碳氈，包括碳氈和官能團化納米碳管覆蓋層，其中，官能團化納米碳管的制作過程包括如下步驟:
[0005](I)將干燥處理后的納米碳管溶于濃硫酸溶液中，常溫浸泡2h ;
[0006](2)將步驟(I)中濃硫酸浸泡過的納米碳管進行抽濾處理，然后反復用去離子水清洗6次；
[0007](3)將步驟(2)所得的納米碳管放入一定量的去離子水中，超聲90min，加入一定量的官能團載體，配成質量分數為8%的溶液，攪拌8h ;
[0008](4)將一定量的濃鹽酸加入步驟(3)所得溶液中，攪拌6h ；
[0009](5)加熱步驟(4)所得溶液，控制溫度范圍為120°C，然后加入亞硝酸鈉，配制3%的溶液，控制所述溫度為100°c，反應2h ;
[0010](6)過濾步驟(5)所得溶液，得到沉淀物，然后用濃度為2mol/L的硝酸銨溶液反復清洗所述沉淀物；
[0011](7)利用去離子水反復清洗步驟(6)所得沉淀物6次；
[0012](8)將步驟(7)所得沉淀物在110°C干燥2h，得到官能團化納米碳管；
[0013]其中，復合碳氈的制備包括以下步驟:
[0014]將上述步驟(8)所得的官能團化納米碳管溶解于去離子水中，配制質量分數為40%的溶液；然后將一定量的質量分數為6%的Naf1n溶液加入以上溶液中，得到浸泡液；再將干燥處理過的碳氈浸泡在上述浸泡液中SOmin ;最后將浸泡后的碳氈干燥處理；再次將上述干燥處理后的碳氈浸泡在浸泡液中80min，然后再次干燥，重復浸泡-干燥步驟10次。
[0015]本發明提出的一種高性能復合碳氈具有以下顯著的優點:
[0016]1.本發明以納米碳管為原料，采用化學接枝的方法，制備功能化納米碳管，并用Naf1n作為粘結劑，制備功能化碳管改性的碳租復合電極材料，該電極材料具有親水性好、電導率高、穩定性好、電化學催化活性高等優點。
[0017]2.本發明的復合碳氈，原料易得、成本低廉、操作簡單易行，適合大規模發展。
【具體實施方式】
[0018]下面結合實施例對本發明做進一步描述。
[0019]本發明利用納米碳管為原料，采用化學接枝的方法，制備官能團化納米碳管，用Naf1n粘結到碳氈上，制備復合碳氈電極。該電極材料具有電導率高、親水性能好、電化學活性高以及單個釩電池充放電性能好等優點。
[0020]實施例1
[0021]本發明提出的一種高性能復合碳氈，包括碳氈和官能團化納米碳管覆蓋層，其制備包括以下步驟:
[0022]1.官能團化納米碳管的制備:首先將干燥好的200mg納米碳管放入濃硫酸中浸泡2h，然后放在500-1000ml去離子水中，攪拌40分鐘，反復用去離子水清洗6次；然后稱取600mg對氨基苯磺酸，攪拌8h后加入2ml鹽酸，將上述溶液在40°C水域中加熱6h ;稱取Ig亞硝酸鈉加入上述溶液中，在120°C下反應2h ;然后將該溶液抽濾，反復利用硫酸銨、硫酸和去離子水沖洗，然后在110°C條件下干燥，得到官能團化納米碳管。
[0023]2.官能團化納米碳管溶液的制備:稱取50mg官能團化納米碳管，加入150ml去離子水中，然后加入4.5ml質量分數為6%的Naf1n溶液，超聲處理30min，然后攪拌2h后備用。
[0024]3.改性碳氈的制備:將500mg碳氈在70°C下真空干燥處理6小時，然后浸泡在上述官能團化納米碳管溶液中，浸泡時間為80min，然后在烘箱中80°C干燥，并且反復浸泡干燥處理10次。
[0025]本實施例中，獲得的復合碳氈各原料結合良好，沒有納米碳管脫落現象，且本實施例的相關性能數據如下:
[0026]室溫下測得隔膜在全釩氧化還原液流電池中的內阻為0.50 Ω/cm2，此比例制備的復合膜面電阻小于原碳租(0.69 Ω /cm2), VRB中的電池性能遠遠高于原碳租，適應VRB的應用要求。
[0027]裝有改性碳氈復合電極材料的單個VRB電池，充放電過程中具有很高的庫侖效率，能量效率，經過多次循環，其電池效率沒有衰減；改性碳氈在VRB電池五價釩的濃硫酸溶液中能穩定存在，具有良好的化學穩定性。所以，該復合碳氈能夠很好的適應釩電池體系，其低廉的價格，良好的電池性能能夠促進釩電池的產業化生產。
[0028]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種高性能復合碳氈，其特征是，包括碳氈和官能團化納米碳管覆蓋層，其中，官能團化納米碳管的制作過程包括如下步驟: (1)將干燥處理后的納米碳管溶于濃硫酸溶液中，常溫浸泡2h; (2)將步驟(I)中濃硫酸浸泡過的納米碳管進行抽濾處理，然后反復用去離子水清洗6次； (3)將步驟(2)所得的納米碳管放入一定量的去離子水中，超聲90min，加入一定量的官能團載體，配成質量分數為8%的溶液，攪拌8h ; (4)將一定量的濃鹽酸加入步驟(3)所得溶液中，攪拌6h; (5)加熱步驟(4)所得溶液，控制溫度范圍為120°C，然后加入亞硝酸鈉，配制3%的溶液，控制所述溫度為100°C，反應2h ; (6)過濾步驟(5)所得溶液，得到沉淀物，然后用濃度為2mol/L的硝酸銨溶液反復清洗所述沉淀物； (7)利用去離子水反復清洗步驟(6)所得沉淀物6次； (8)將步驟(7)所得沉淀物在110°C干燥2h，得到官能團化納米碳管； 其中，復合碳氈的制備包括以下步驟: 將上述步驟(8)所得的官能團化納米碳管溶解于去離子水中，配制質量分數為40%的溶液；然后將一定量的質量分數為6%的Naf1n溶液加入以上溶液中，得到浸泡液；再將干燥處理過的碳氈浸泡在上述浸泡液中SOmin ;最后將浸泡后的碳氈干燥處理；再次將上述干燥處理后的碳氈浸泡在浸泡液中80min，然后再次干燥，重復浸泡-干燥步驟10次。
【專利摘要】本發明涉及全釩氧化還原液流電池(VRB)電極材料領域，具體地說是一種高性能復合碳氈，解決現階段釩電池用碳氈電極親水性差、有效面積低、電化學活性低、電導率低、釩離子電對催化性能差及單電池性能低等問題；本發明以商業化碳氈為原料，利用粘結劑粘結的方法，制備功能化碳管復合碳氈；本發明制備的復合碳氈具有良好的親水性能、電化學催化性能、電導率、化學穩定性和良好的單個VRB電池性能等優點。本發明的產品成本低廉，易于產業化生產和環境友好，可廣泛地應用于全釩氧化還原液流電池領域。
【IPC分類】H01M4-90
【公開號】CN104716343
【申請號】CN201510005906
【發明人】耿振鐸, 王玉平, 常曉曉, 耿占吉, 徐國亮
【申請人】河南師范大學
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2015年1月7日