一种双功能负极及其作为全钒液流储能电池负极的应用的制作方法
【专利摘要】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。
【专利说明】一种双功能负极及其作为全钒液流储能电池负极的应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及化学储能技术中的液流储能电池领域，特别涉及全钒液流储能电池的 电极。
【背景技术】
[0002] 全钒液流储能电池因其具有输出功率和容量相互独立，系统设计灵活；能量效率 高，寿命长，运行稳定性和可靠性高，自放电低；选址自由度大，无污染、维护简单，运营成本 低，安全性高等优点，在规模储能方面具有广阔的发展前景，被认为是解决太阳能、风能等 可再生能源发电系统随机性和间歇性非稳态特征的有效方法，在可再生能源发电和智能电 网建设中有着重大需求。
[0003]与普通化学电源电极的功能不同，全钒液流储能电池的电极是化学储能系统充、 放电反应的场所，该种电池的电极本身不参与电化学反应，电解质溶液中的活性物质在电 极表面接受或给出电子来完成电池化学反应，进行电能与化学能之间的转变而实现能量的 存储或释放。
[0004] 目前，制约全钒液流储能电池商业化的主要限制就是成本问题。要降低其成本，主 要解决方法有两个：一为降低各关键材料的成本，如离子交换膜、电解液、电极双极板的成 本；一为提高电池运行的工作电流密度。因为工作电流密度的提高可以提高电池的功率密 度，即可以用同样的电堆实现更大的功率输出，而且还可以减少储能系统的占地面积和空 间，提尚其环境适应能力及系统的可移动性，扩展液流储能电池的应用领域。然而，工作电 流密度的提高会导致电压效率和能量效率的降低。为了在不降低能量效率的前提下提高电 池的工作电流密度，就需要尽可能地减小电池极化，即欧姆极化、电化学极化和浓差极化， 降低电压损耗。
[0005] 全钒液流电池以溶解于一定浓度硫酸溶液中的不同价态钒离子为电池充放电时 正负极电极反应的活性物质。电池隔膜允许Η离子自由通过，而限制V离子的通过。电极 反应方程式如下：
[0006] 正极：
【权利要求】
1. 一种双功能负极，其特征在于：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。
2. 根据权利要求1所述的双功能负极，其特征在于：所述含Bi电催化剂为Bi单质、 Bi203、Bi卤化物或Bi金属盐中的一种或二种以上。
3. 根据权利要求2所述的双功能负极，其特征在于：所述Bi _化物为氟化铋、氯化铋、 溴化秘或碘化祕。
4. 根据权利要求2所述的双功能负极，其特征在于：所述Bi金属盐为硫酸铋、硝酸铋、 磷酸铋、甲酸铋或乙酸铋。
5. 根据权利要求1或2所述的双功能负极，其特征在于：所述含Bi电催化剂于基体上 的沉积量为双功能负极的〇· 05-l〇wt%，优选地为0· l-5wt%，更优选地为〇· 2-3wt%。
6. 根据权利要求1、2或5所述的双功能负极，其特征在于：所述含Bi电催化剂的颗粒 尺寸为lnm-5 μ m,优选地，为2-500nm。
7·根据权利要求1、2、5或6所述的双功能负极，其特征在于：所述碳素材料为碳毡、石 墨毡、碳纸或碳布中的一种或它们中二种以上的复合体。
8·根据权利要求1所述的双功能负极，其特征在于：所述双功能负极可通过浸溃法、电 化学沉积法、化学镀法或化学气相沉积法将含Bi电催化剂制备于基体表面，形成含Bi电催 化剂层。
9. 一种权利要求1-S任一所述双功能负极的应用，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。 ^
【文档编号】H01M4/86GK104218248SQ201310214768
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年5月31日 优先权日:2013年5月31日
【发明者】刘涛, 张华民, 李先锋, 杨晓飞 申请人:中国科学院大连化学物理研究所