一种双功能负极及其作为全钒液流储能电池负极的应用

摘要

一种全钒液流储能电池用双功能负极，包括碳素基体材料和其表面修饰的含Bi电催化剂。这种电极适用于全钒液流储能电池的负极，可以极大地提高电极材料对V²⁺/V³⁺氧化还原反应的电催化活性和电化学可逆性，减小电荷转移电阻；还具有高的析氢过电位，可以抑制析氢反应的发生，延长电池的工作寿命。本发明提高了全钒液流储能电池的电压效率和能量效率，从而提高了其工作电流密度，使得相同输出功率的电池重量、体积以及成本均大大降低。

主权项

一种双功能负极在全钒液流储能电池中的应用，其特征在于：所述双功能负极作为全钒液流储能电池负极用于全钒液流储能电池中，全钒液流电池中正极电解液为1.5M VO²⁺的3M H ₂SO ₄溶液，负极电解液为1.5M V³⁺的3M H₂SO₄溶液，正极材料表面未修饰有Bi电催化剂；所述双功能负极是以碳素材料作为基体,在其表面修饰有含Bi电催化剂,所述双功能负极通过浸渍法、电化学沉积法或者化学镀法将含Bi电催化剂制备于基体表面，形成含Bi电催化剂层；所述含Bi电催化剂于基体上的沉积量为双功能负极的0.05‑10wt％；所述浸渍法制备：将基体材料浸渍在浓度为0.005‑0.05M三氧化二铋、Bi金属盐或Bi卤化物的无机或有机溶液中，搅拌或超声分散后取出，放入干燥箱中干燥，干燥后的材料可直接用作全钒液流储能电池的负极，也可在惰性气氛下升温至400‑800℃，通H₂恒温反应0.1‑3h，将Bi³⁺还原成Bi，再在惰性气氛下冷却至室温制成双功能负极；所述Bi金属盐为硫酸铋、硝酸铋、磷酸铋、甲酸铋或乙酸铋；Bi卤化物为氟化铋、氯化铋、溴化铋或碘化铋；无机溶液为硝酸、硫酸、盐酸或磷酸溶液；有机溶液为乙二醇、甲酸、乙酸溶液；惰性气体为氮气、氩气或氦气中的一种或它们的混合气体；所述电化学沉积法制备：电沉积溶液中Bi³⁺浓度为0.001‑0.2M，基体材料作为工作电极，对电极为Bi板、石墨板或铂电极，采用直流电化学沉积，电流密度为2‑200mA/cm2，沉积时间为2s‑30min；所述化学镀法制备：将基体材料放入预浸液中，室温浸泡1‑30min，放入胶体钯活化液中活化处理2‑30min，用去离子水洗涤；放入解胶液为盐酸10‑500ml L‑¹中处理1‑10min，去离子水洗涤至pH为7.0；然后放入镀液中进行化学镀，通过氨水调节镀液pH为9‑10，镀液温度维持在70‑90℃，化学镀时间为1‑10min；所述预浸液组成为氯化亚锡：4‑100g L^‑1，盐酸：10‑500ml L^‑1；活化液组成为氯化钯：0.1‑2g L^‑1，氯化亚锡：4‑100g L^‑1,锡酸钠：10‑200g L^‑1,盐酸：10‑500ml L^‑1；镀液组成为氯化铋：3‑100g L^‑1，次磷酸钠：2‑100g L^‑1，柠檬酸钠：3‑100g L^‑1，氯化铵：5‑200g L^‑1。