一种液流电池用电极材料处理方法
【专利摘要】本发明公开了一种液流电池用电极材料处理方法，采用低温常压等离子体技术对电极材料进行表面处理，采用气体流量调节等离子体强度，并通过调整电极材料与低温等离子体放电装置喷嘴的距离和相对移动速率调整表面处理效果。电极材料处理在常温下进行刻蚀，避免了高温对电极材料本身的损伤；等离子体技术仅调节气体流量和喷嘴距离即可以对表面处理效果进行有效控制；无须设置真空环境及密闭腔体，可以对材料的连续化处理；处理过程不需要无机和有机溶剂，只需要消耗电能和氧气，能耗低，安全环保；材料表面处理均匀，处理时间短，非常容易进行规模化生产，工艺简单，成本低廉。
【专利说明】一种液流电池用电极材料处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及液流电池【技术领域】，具体涉及一种液流电池用电极材料处理方法。
【背景技术】
[0002]电能是现代社会人类生活和生产必不可少的二次能源。随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，对电力的需求日益增加。为了整个社会的可持续发展，充分开发和利用可再生能源已经成为十分迫切的需求。为保证可再生能源发电系统的稳定供电，并充分有效的利用其发电能力，必须以蓄电储能的方式加以调节。另外，电网的削峰填谷、平衡负荷也迫切需要我们开发规模储能技术。
[0003]液流电池有以下特点:1)电池的输出功率取决于电堆的大小和数量，储能容量取决于电解液储量和浓度，设计非常灵活，要增加输出功率，只需增加电堆的面积和电堆的数量，要增加储能容量，只需增加电解液的体积。2)液流电池的活性物质为溶解于水溶液中的不同价态的金属离子，在液流电池充、放电过程中，仅离子价态发生变化，不发生相变化，充放电应答速度快。3)电池使用寿命长，电解质溶液容易再生循环使用。4)充、放电性能好，可深度放电而不损坏电池，自放电低。在系统处于关闭模式，储罐中的电解液无自放电现象。5)选址自由度大，系统可全自动封闭运行，无污染，维护简单，操作成本低。6)电解质溶液为水溶液，电池系统无潜在的爆炸或着火危险，安全性高。7)可实时、准确监控电池系统荷电状态(SOC )，有利于电网进行管理、调度。
[0004]液流电池所用的电极材料主要是碳材料。其中最常用的材料是碳毡、石墨毡等多孔碳立体电极材料。该类材料具有电阻率低、稳定性好、比表面积大的优点。然而，目前碳毡或石墨毡材料目前主要用于保温行业，应用于液流电池还存在电极反应在其表面的活性低等问题。为了提高碳毡或石墨毡材料对于金属钒离子的电化学氧化还原活性，需要对碳毡或石墨毡进行改性活化处理，来提高电化学活性和电池性能。从目前文献来看，电极材料活性提高的机理是在其表面增加含氧官能团，比如羧基、羰基等。
[0005]为达到上述目的，目前通常采用的活化处理方法包括:贵金属修饰、酸处理、热处理以及电化学阳极处理法等。贵金属修饰工艺复杂，需要高温烧结，难于大规模应用，适合于进行实验室研究。酸活化处理的效果不错，不过处理过程中需要产生大量的废酸，造成环境污染。热处理操作工艺要求较高，氧化反应过程不易控制，过渡氧化会降低电极材料的稳定性和使用寿命。电化学处理方法设备成本较高，而且使用硫酸为电解液，会导致纤维表面氧化反应较为剧烈，纤维表面刻蚀现象严重，会降低材料的使用寿命。
【发明内容】
[0006]本发明针对上述问题，提出一种提高液流电池电极材料活性的表面处理方法。该方法不需要加热、无需使用硫酸等腐蚀性溶液，常温进行，工艺参数调节简单。经过该方法处理的电极材料表面能大幅提高，材料的润湿性能明显改善，有利于液流电池电解液对电极材料的充分浸润，电极材料活性提高明显。[0007]本发明所述“常温进行”中的“常温”是指电极材料的表面处理在常温下操作。
[0008]一种液流电池用电极材料处理方法，采用低温常压等离子体技术对电极材料进行表面处理。
[0009]低温等离子体的产生方式有:辉光放电，电晕放电，介质阻挡放电，射频放电，滑动电弧放电，射流放电，大气压辉光放电，次大气压辉光放电等。本发明实施例所用的低温等离子体放电装置采用的是“介质阻挡放电”方式，但本发明的技术方案并不限于此，其它放电方式的发生装置也适用于本发明。
[0010]进一步地，所述方法温度控制范围为1 X1O4K≤离子温度≤2 X 1O4K, 1 X 1O4K≤电子温度≤ 2X104K。
[0011]进一步地，所述方法采用气体流量来调节等离子体强度，所述气体流量优选为
0.lm3/h_10m3/h。
[0012]进一步地，所述方法采用的气体源为含量不低于99.9%的氧气。
[0013]进一步地，所述方法在处理电极材料时，通过调整电极材料与低温等离子体放电装置喷嘴的距离来调整表面处理效果。
[0014]所述电极材料与低温等离子体放电装置喷嘴的距离优选为5mm-10mm。
[0015]进一步地，所述方法还通过调整低温等离子体放电装置喷嘴与材料的相对移动速率来调整表面处理效果。
[0016]进一步地，所述喷嘴与材料的相对移动速率优选为lmm/s-150mm/s。
[0017]进一步地,所述电极材料表面处理的暴露时间不低于5s。
[0018]本发明所述暴露时间是指电极材料经等离子体喷射处理的时间，其取决于电极材料的移动速度与处理次数。
[0019]进一步地，所述电极材料包括但不限于石墨毡或炭毡。
[0020]1)电极材料处理在常温下进行刻蚀，避免了高温对电极材料本身的损伤；
[0021 ] 2 )工艺调节容易，仅调节气体流量和喷嘴距离即可以对表面处理效果进行有效控制；
[0022]3)无须设置真空环境及密闭腔体，可以对材料的连续化处理；
[0023]4)处理过程不需要无机和/或有机溶剂，仅消耗电能和氧气，能耗低，安全环保；
[0024]5)材料表面处理均匀，处理时间短，容易规模化生产，工艺简单，成本低廉。
【具体实施方式】
[0025]下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
[0026]实施例1
[0027]将石墨毡放置在等离子体发生装置平台上，采用低温等离子体技术，调节等离子体发生器参数为:气源采用99.99%的氧气，流量为0.5m3/h,喷嘴与石墨毡表面距离为5mm，喷嘴移动速度为20mm/s,电极材料的暴露时间不低于5s。应用处理后的石墨租组装IkW全钒液流单电池，在80mA/cm2条件下运行，评价电池的能量转换效率(能量效率:电池以额定功率进行充放电循环，电池放出能量除以充入能量)，并与未经表面处理的石墨毡电池性能进行对比，如下表所示:
【权利要求】
1.一种液流电池用电极材料处理方法，其特征在于，采用低温常压等离子体技术对电极材料进行表面处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法温度控制范围为IX IO4KS离子温度≤2 X IO4K, I X IO4K (电子温度≤2 X 104K。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法采用气体流量来调节等离子体强度，所述气体流量为0.lm3/h-10m3/h。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法采用的气体源为含量不低于99.9%的氧气。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法在处理电极材料时，通过调整电极材料与低温等离子体放电装置喷嘴的距离来调整表面处理效果。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述电极材料与低温等离子体放电装置喷嘴的距离为5mm-10mm。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还通过调整低温等离子体放电装置喷嘴与材料的相对移动速率来调整表面处理效果。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述喷嘴与材料的相对移动速率为1mm/s-150mm/so
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述电极材料表面处理的暴露时间不低于5s0
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述电极材料为石墨毡或炭毡。
【文档编号】H01M4/96GK103825033SQ201410093401
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年3月13日 优先权日:2014年3月13日
【发明者】刘宗浩, 张华民, 高新亮, 王晓丽, 林则青, 李颖 申请人:大连融科储能技术发展有限公司