一种钒液流电池用高导电性石墨毡及其制备方法

本发明涉及全钒液流电池，尤其涉及一种钒液流电池用高导电性石墨毡及其制备方法。背景技术：1、近年来，全钒氧化还原液流电池成为新型储能电池的焦点，具有容量独立、功率高、寿命长、可深度放电和无排放污染等优点，既可用作风能、太阳能等可再生能源发电过程中的配套储能装置，又能在电网系统中实现调频调峰的作用，适用于大规模储能的电化学储能装置。2、目前，钒液流电池使用的电极材料电性能最为优异的是石墨毡或者碳毡等多孔碳立体电极材料，由碳纤维纺织而成，具有良好的机械强度，真实比表面积远大于集合表面积，可以提供较大的电化学反应面积，再加上良好的化学稳定性和导电性，使其成为全钒液流电池电极材料的研究热点之一。为了提高碳毡或者石墨毡材料的电化学氧化还原活性，需要对其进行改性，来提高电化学活性，从而提高电池性能。目前常规的改性方法包括：贵金属修饰、酸/碱刻蚀、热处理等。贵金属修饰价格昂贵，步骤繁琐，而且长期不耐电解液冲刷，易从电极上脱落；酸/碱刻蚀会导致纤维表面刻蚀过度，降低电极的使用寿命；热处理操作弹性小，时间温度不易控制，过度热处理会降低电极的稳定性，破坏本身电极的三维立体结构。3、为此，我们提出一种钒液流电池用高导电性石墨毡及其制备方法以解决上述技术问题。技术实现思路1、本发明为了解决上述技术问题，提供一种钒液流电池用高导电性石墨毡及其制备方法。2、本发明采用的技术方案如下：3、一种钒液流电池用高导电性石墨毡的制备方法，包括以下步骤：4、步骤s1：将未改性石墨毡进行超声清洗除杂；5、步骤s2：配制2价金属盐溶液和3价金属盐溶液，于水热釜内混合均匀，加入碱性溶液调节ph值；6、步骤s3：将清洗除杂后的石墨毡放入水热釜内保温，得到层状双金属氢氧化物改性石墨毡；7、步骤s4：将层状双金属氢氧化物改性石墨毡取出后用去离子水清洗，放入烘箱中烘干后再进行高温烧结；8、步骤s5：用等离子体处理高温烧结后的层状双金属氢氧化物改性石墨毡，得到高导电性石墨毡。9、优选的，所述步骤s1中超声清洗除杂频率为30-100hz，时间为15-60min。10、优选的，所述步骤s2中2价金属盐溶液为以下任意一种：nicl2、mgso4、ni(no3)2、znso4、mg3(po4)2、mg(oh)2，3价金属盐溶液为以下任意一种：al(oh)3、fecl3、fepo4、fe2(so4)3、fe(no3)3、alcl3， 2价金属盐溶液浓度为50-100mmol/l，3价金属盐溶液浓度为30-60mmol/l，其中2价金属盐浓度：3价金属盐浓度=1.5:1-3:1。11、优选的，所述步骤s2中的碱性溶液为以下任意一种：naoh、na2co3、氨水，水热反应液中的ph为8-14。12、优选的，所述步骤s3中水热反应的保温温度为90-150℃，反应时间为8-24h。13、优选的，所述步骤s4中石墨毡烘干温度为80-120℃，烘干时间为2-5h。14、优选的，所述步骤s4中石墨毡高温烧结工艺：按照5~10℃/min的升温速度，升温至250～350℃，保温2~4h。15、优选的，所述步骤s5中等离子体处理的气氛为n2、ar、o2、空气中的一种。16、优选的，所述步骤s5中等离子体处理的时间为10-60min。17、一种钒液流电池用高导电性石墨毡，所述钒液流电池用高导电性石墨毡采用上述钒液流电池用高导电性石墨毡的制备方法获得。18、本发明的有益效果是：19、1.本发明通过在石墨毡上原位合成层状双金属氢氧化物（ldh），由于两者之间强烈的化学键合，增强了ldh与石墨毡的粘结力，提升在液流电池中的耐冲刷能力。20、2.本发明通过对ldh进行等离子体处理，由于等离子体的刻蚀作用，将二维层状双金属氧化物ldh剥离得到超薄ldh纳米片，产生多个氧空位，暴露出更多的电活性位点，提高原位合成ldh的电导率，增加电化学活性表面积。21、3.本发明往石墨毡上引入ldh，由于金属离子优异的导电性，降低了石墨毡与极板之间的接触电阻，从而提升液流电池的性能。技术特征：1.一种钒液流电池用高导电性石墨毡的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：2.如权利要求1所述的钒液流电池用高导电性石墨毡的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中超声清洗除杂频率为30-100hz，时间为15-60min。3.如权利要求1所述的钒液流电池用高导电性石墨毡的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中2价金属盐溶液为以下任意一种：nicl2、mgso4、ni(no3)2、znso4、mg3(po4)2、mg(oh)2，3价金属盐溶液为以下任意一种：al(oh)3、fecl3、fepo4、fe2(so4)3、fe(no3)3、alcl3， 2价金属盐溶液浓度为50-100mmol/l，3价金属盐溶液浓度为30-60mmol/l，其中2价金属盐浓度：3价金属盐浓度=1.5:1-3:1。4.如权利要求1所述的钒液流电池用高导电性石墨毡的制备方法, 其特征在于，所述步骤s2中的碱性溶液为以下任意一种：naoh、na2co3、氨水，水热反应液中的ph为8-14。5.如权利要求1所述的钒液流电池用高导电性石墨毡的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中水热反应的保温温度为90-150℃，反应时间为8-24h。6.如权利要求1所述的钒液流电池用高导电性石墨毡的制备方法，其特征在于，所述步骤s4中石墨毡烘干温度为80-120℃，烘干时间为2-5h。7.如权利要求1所述的钒液流电池用高导电性石墨毡的制备方法，其特征在于，所述步骤s4中石墨毡高温烧结工艺：按照5~10℃/min的升温速度，升温至250～350℃，保温2~4h。8.如权利要求1所述的钒液流电池用高导电性石墨毡的制备方法，其特征在于，所述步骤s5中等离子体处理的气氛为n2、ar、o2、空气中的一种。9.如权利要求1所述的钒液流电池用高导电性石墨毡的制备方法，其特征在于，所述步骤s5中等离子体处理的时间为10-60min。10.一种钒液流电池用高导电性石墨毡，其特征在于：所述钒液流电池用高导电性石墨毡采用如权利要求1-9任一项所述的钒液流电池用高导电性石墨毡的制备方法获得。技术总结本发明涉及全钒液流电池技术领域，尤其涉及一种钒液流电池用高导电性石墨毡及其制备方法，包括以下步骤：配置2价金属盐溶液和3价金属盐溶液，于水热釜内混合均匀，加入碱性溶液调节PH值；将清洗除杂后的石墨毡放入水热釜内，于石墨毡上原位合成LDH；取出清洗后放入烘箱中烘干后再进行高温烧结，最后用等离子体处理，得到高导电性石墨毡。本发明通过石墨毡的吸附能力在石墨毡上原位合成LDH，由于两者之间强烈的化学键合，增强了LDH与石墨毡的粘结力，由于等离子体的刻蚀作用，将LDH剥离得到超薄LDH纳米片，产生多个氧空位，暴露出更多的电活性位点，降低石墨毡本体电阻和石墨毡与极板之间的接触电阻，提升液流电池的性能。技术研发人员：王宇,熊仁海,贺杰,陈广新受保护的技术使用者：杭州德海艾科能源科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29