CN102110820A - 锌溴氧化还原液流电池正极电极及其制备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锌溴氧化还原液流电池正极电极及其制备方法，包括碳塑复合材料板，及在碳塑复合材料板的一侧表面附着的高比表面积的催化层；催化层由粘接剂氯化聚丙烯或氯化聚乙烯、催化剂活性炭或碳载金属、导电剂导电石墨或碳黑构成。本发明是在聚丙烯、聚乙烯等热塑性导电板上涂覆或粘接高比表面积的催化层，同时兼顾较高的比表面积和高导电率，提高了正极溴的氧化还原活性和整体的导电性能。避免了使用传统碳毡电极时导致的电极厚度过大和由于碳毡差异导致的电池性能差异等问题，可以作为取代传统碳毡电极的新型锌溴液流电池正极电极。
Description
技术领域
本发明涉及锌溴电池，具体地说是锌溴氧化还原液流电池正极用高性能电极及制备方法。
技术背景
锌溴液流电池正极目前均采用不同厚度的碳毡，使用碳毡作为锌溴电池正极，具有比表面积高、催化活性较高的优点，但由于碳毡在制作过程中，个体之间存在较大的差异，容易导致电池性能的差别，在组装电堆时的弊端尤其明显。而且，碳毡机械性能较差，在装配电池时，为了减小碳毡的变形需引入附加的支撑体，增加了电池的体积。另一解决办法是使用碳复合板作为电池正极，虽然具有较好的机械性能但由于存在较高的过电位，导致电池性能与碳毡相差较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机械性能好、高溴氧化还原活性、体积电阻率较低的锌溴液流电池电极。
本发明的技术方案：
锌溴氧化还原液流电池正极电极，包括碳塑复合材料板，及在碳塑复合材料板的一侧表面附着的高比表面积的催化层；
催化层由粘接剂氯化聚丙烯或氯化聚乙烯、催化剂活性碳或碳载金属、导电剂导电石墨或碳黑构成，它们间的重量比为：粘接剂∶催化剂∶导电剂＝1-5∶1-15∶1-5；催化剂在碳塑复合材料板上的载量在0.5mg/cm2-10mg/cm2之间。
在碳塑复合材料板和催化层间可粘附有碳纸、碳布或碳毡。
所述正极电极的制备方法：
1)催化层浆料配置：按重量份数计，将氯化聚丙烯或氯化聚乙烯1-5份、碳粉或碳载金属1-15份、导电石墨1-5份、造孔剂1-5份混合，采用有机溶剂溶解或高温搅拌熔融后，得催化层浆料备用；
2)采用喷涂、刮涂、丝网印刷或离子溅射的方法将催化剂浆料均匀地涂覆在碳塑复合材料板的一侧表面，制备催化层；
3)对涂覆有催化剂层的碳塑复合材料板进行真空高温烘干处理，烘干温度在90-200℃之间，时间为60s-600s，真空度为-0.01-0MPa，保压降温至室温，保证结合力，得电极产品。
首先在碳塑复合材料板上粘附碳纸、碳布或碳毡，而后在碳纸、碳布或碳毡上进行催化层的制备；
1)粘接剂浆料配置：按重量份数计，采用氯化聚丙烯或氯化聚乙烯1-2份、碳粉2-10份、导电石墨2-5份，采用有机溶剂溶解或高温搅拌熔融备用；
2)采用喷涂、刮涂、丝网印刷或离子溅射的方法将粘接剂浆料均匀涂覆在碳塑复合材料板的一侧表面，制备粘接层；
3)将碳纸、碳布或碳毡通过热压粘接于碳塑复合材料板上带有粘接层的一侧，制成一体化电极，而后在其上进行催化层的制备；热压温度在80℃-200℃之间，热压压力在50kg·cm-2-100kg·cm-2，热压时间为10s-180s之间。
所述造孔剂为加热易分解的物质碳酸氢铵或碳酸铵；所述催化层浆料或粘接剂浆料采用有机溶剂乙酸乙酯溶解或在100-200℃下加热搅拌熔融备用。
本发明具有如下优点：
锌溴氧化还原液流电池的正极溴的氧化还原过电位较大，影响了电池的电压效率和能量效率，使用传统碳毡电极虽然可以降低溴的氧化还原过电位，但碳毡较厚的厚度和较差的机械性能对电池的结构提出了更高的要求，不利于大型电堆的组装和体积小型化。
本发明提及的正极电极是在聚丙烯、聚乙烯等热塑性导电板上涂覆或粘接高比表面积的催化层，同时兼顾较高的比表面积和高导电率，取得了高于碳毡的催化活性，并且由于该电极的厚度较小，机械性能较优，无需设计较复杂的电池结构，利于电堆整体结构的简化及体积的小型化。
具体实施方式
实施例1
1)催化层浆料配置：按重量份数计，称取氯化聚丙烯或氯化聚乙烯1g、碳粉或碳载金属1g、导电石墨1g、造孔剂1g，使用10-100ML的乙酸乙酯溶解备用；
2)采用喷涂的方法将催化剂浆料均匀地涂覆在碳塑复合材料板的一侧表面，制备催化层；
3)对涂覆有催化剂层的碳塑复合材料板进行真空高温烘干处理，烘干温度在90℃，时间为60s，真空度为-0.01MPa，保压降温至室温，得电极产品。
实施例2
1)粘接剂浆料配置：按重量份数计，采用氯化聚丙烯或氯化聚乙烯1g、碳粉2g、导电石墨2g，使用10-100ML的乙酸乙酯溶解备用；
2)采用丝网印刷的方法将粘接剂浆料均匀涂覆在碳塑复合材料板的一侧表面，制备粘接层；
3)将碳布通过热压粘接于碳塑复合材料板上带有粘接层的一侧，制成一体化电极；热压温度150℃，热压压力在50kg·cm-2，热压时间为10s。
4)催化层浆料配置：按重量份数计，称取氯化聚丙烯或氯化聚乙烯1g、碳粉或碳载金属3g、导电石墨1g、造孔剂1g，使用10-100ML的乙酸乙酯溶解备用；
5)采用刮涂的方法将催化剂浆料均匀地涂覆在碳布表面，制备催化层；
6)对电极进行真空高温烘干处理，烘干温度在90℃，时间为60s，真空度为-0.01MPa，保压降温至室温，得电极产品。
实施例3
1)粘接剂浆料配置：按重量份数计，采用氯化聚丙烯或氯化聚乙烯1g、碳粉5g、导电石墨2.5g，使用10-100ML的乙酸乙酯溶解备用；
2)采用离子溅射的方法将粘接剂浆料均匀涂覆在碳塑复合材料板的一侧表面，制备粘接层；
3)将碳布通过热压粘接于碳塑复合材料板上带有粘接层的一侧，制成一体化电极；热压温度200℃，热压压力在100kg·cm-2，热压时间为180s。
4)催化层浆料配置：按重量份数计，称取氯化聚丙烯或氯化聚乙烯1g、碳粉或碳载金属2.5g、导电石墨1g、造孔剂1g，使用10-100ML的乙酸乙酯溶解备用；
5)采用喷涂的方法将催化剂浆料均匀地涂覆在碳布表面，制备催化层；
6)对电极进行真空高温烘干处理，烘干温度在200℃，时间为600s，真空度为0MPa，保压降温至室温，得电极产品。
Claims (6)
1.锌溴氧化还原液流电池正极电极，其特征在于：包括碳塑复合材料板，及在碳塑复合材料板的一侧表面附着的高比表面积的催化层；
催化层由粘接剂氯化聚丙烯或氯化聚乙烯、催化剂活性碳或碳载金属、导电剂导电石墨或碳黑构成，它们间的重量比为：粘接剂∶催化剂∶导电剂＝1-5∶1-15∶1-5；催化剂在碳塑复合材料板上的载量在0.5mg/cm2-10mg/cm2之间。
2.根据权利要求1所述正极电极，其特征在于：在碳塑复合材料板和催化层间粘附有碳纸、碳布或碳毡。
3.一种权利要求1所述正极电极的制备方法，其特征在于：
1)催化层浆料配置：按重量份数计，将氯化聚丙烯或氯化聚乙烯1-5份、碳粉或碳载金属1-15份、导电石墨1-5份、造孔剂1-5份混合，采用有机溶剂溶解或高温搅拌熔融后，得催化层浆料备用；
2)采用喷涂、刮涂、丝网印刷或离子溅射的方法将催化剂浆料均匀地涂覆在碳塑复合材料板的一侧表面，制备催化层；
3)对涂覆有催化剂层的碳塑复合材料板进行真空高温烘干处理，烘干温度在90-200℃之间，时间为60s-600s，真空度为-0.01-0MPa，保压降温至室温，保证结合力，得电极产品。
4.按照权利要求3所述正极电极的制备方法，其特征在于：首先在碳塑复合材料板上粘附碳纸、碳布或碳毡，而后在碳纸、碳布或碳毡上按权利要求3所述进行催化层的制备；
1)粘接剂浆料配置：按重量份数计，采用氯化聚丙烯或氯化聚乙烯1-2份、碳粉2-10份、导电石墨2-5份，采用有机溶剂溶解或高温搅拌熔融备用；
2)采用喷涂、刮涂、丝网印刷或离子溅射的方法将粘接剂浆料均匀涂覆在碳塑复合材料板的一侧表面，制备粘接层；
3)将碳纸、碳布或碳毡通过热压粘接于碳塑复合材料板上带有粘接层的一侧，制成一体化电极，而后在其上进行催化层的制备；热压温度在80℃-200℃之间，热压压力在50kg·cm-2-100kg·cm-2，热压时间为10s-180s之间。
5.按照权利要求3或4所述正极电极的制备方法，其特征在于：所述造孔剂为加热易分解的物质碳酸氢铵或碳酸铵。
6.按照权利要求3或4所述正极电极的制备方法，其特征在于：所述催化层浆料或粘接剂浆料采用有机溶剂乙酸乙酯溶解或在100-200℃下加热搅拌熔融备用。
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