一種雙功能負極及其作為全釩液流電池負極的應用的制作方法
【專利摘要】一種全釩液流電池用雙功能負極，所述雙功能負極是以碳素材料作為基體，在其表面修飾有含Bi電催化劑，含Bi電催化劑為Bi單質(zhì)、Bi2O3、Bi鹵化物或Bi金屬鹽中的一種或二種以上；其中Bi鹵化物為氟化鉍、氯化鉍、溴化鉍或碘化鉍；Bi金屬鹽為硫酸鉍、硝酸鉍、磷酸鉍、甲酸鉍或乙酸鉍。這種電極適用于全釩液流電池的負極，可以極大地提高電極材料對V2+/V3+氧化還原反應的電催化活性和電化學可逆性，減小電荷轉(zhuǎn)移電阻；還具有高的析氫過電位，可以抑制析氫反應的發(fā)生，延長電池的工作壽命。
【專利說明】-種雙功能負極及其作為全釩液流電池負極的應用

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及化學儲能技術中的液流儲能電池領域，特別涉及全釩液流電池的電 極。

【背景技術】
[0002] 全釩液流電池因其具有輸出功率和容量相互獨立，系統(tǒng)設計靈活；能量效率高，壽 命長，運行穩(wěn)定性和可靠性高，自放電低；選址自由度大，無污染、維護簡單，運營成本低，安 全性高等優(yōu)點，在規(guī)模儲能方面具有廣闊的發(fā)展前景，被認為是解決太陽能、風能等可再生 能源發(fā)電系統(tǒng)隨機性和間歇性非穩(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 中有著重大需求。
[0003] 與普通化學電源電極的功能不同，全釩液流電池的電極是化學儲能系統(tǒng)充、放電 反應的場所，該種電池的電極本身不參與電化學反應，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完成電池化學反應，進行電能與化學能之間的轉(zhuǎn)變而實現(xiàn)能量的存儲 或釋放。
[0004] 目前，制約全釩液流電池商業(yè)化的主要限制就是成本問題。要降低其成本，主要 解決方法有兩個：一為降低各關鍵材料的成本，如離子交換膜、電解液、電極雙極板的成本； 一為提高電池運行的工作電流密度。因為工作電流密度的提高可以提高電池的功率密度， 即可以用同樣的電堆實現(xiàn)更大的功率輸出，而且還可以減少儲能系統(tǒng)的占地面積和空間， 提高其環(huán)境適應能力及系統(tǒng)的可移動性，擴展液流儲能電池的應用領域。然而，工作電流密 度的提高會導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態(tài)釩離子為電池充放電時 正負極電極反應的活性物質(zhì)。電池隔膜允許H離子自由通過，而限制V離子的通過。電極 反應方程式如下：

【權利要求】
1. 一種雙功能負極，其特征在于：所述雙功能負極是以碳素材料作為基體，在其表面 修飾有含Bi電催化劑，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；其中Bi鹵化物為氟化鉍、氯化鉍、溴化鉍或碘化鉍；Bi金屬鹽為硫酸鉍、硝酸鉍、 磷酸鉍、甲酸鉍或乙酸鉍。
2. 根據(jù)權利要求1所述的雙功能負極，其特征在于：所述含Bi電催化劑于基體上的沉 積量為雙功能負極的〇. 05?10wt%。
3. 根據(jù)權利要求1所述的雙功能負極，其特征在于：所述含Bi電催化劑的顆粒尺寸為 lnm?5um〇
4. 根據(jù)權利要求1所述的雙功能負極，其特征在于：所述碳素材料為碳氈、石墨氈、碳 紙或碳布中的一種或它們中二種以上的復合體。
5. 根據(jù)權利要求1所述的雙功能負極，其特征在于：所述雙功能負極可通過浸漬法、電 化學沉積法、化學鍍法或化學氣相沉積法將含Bi電催化劑制備于基體表面，形成含Bi電催 化劑層。
6. -種權利要求1-5任一所述雙功能負極的應用，其特征在于：所述雙功能負極作為 全釩液流電池負極用于全釩液流電池中。
【文檔編號】H01M4/86GK104518221SQ201310454457
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權日:2013年9月29日
【發(fā)明者】劉濤, 張華民, 李先鋒, 楊曉飛 申請人:中國科學院大連化學物理研究所