流密度时的能量效率。
【具体实施方式】
[0037]下面通过具体实施例详述本发明。
[0038]实施例1
[0039]将一定尺寸的石墨毡浸溃在0.02M Pb(N03)2的ΗΝ03溶液中，超声分散30min后取出，放入干燥箱中105°C干燥10h，然后将担载有Pb(N03)3的石墨毡在氮气气氛中升温至600°C，通入H2恒温反应lh，将Pb2+还原成Pb，再在氮气气氛下冷却至室温，使用电子天平称重确定Pb的担载量质量比为2%。
[0040]为测试钒离子氧化还原电对在Pb修饰石墨毡表面的电化学活性，对实施例1制备的Pb修饰石墨租进行了循环伏安测试。以Pb修饰石墨租作为工作电极，无孔石墨板作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，采用的电化学测试仪器为上海辰华公司的CHI612型电化学工作站。配制浓度为0.05M V2++0.05M V3++3M H2S04的电解液，对V2+/V3+电对在Pb修饰石墨毡表面的电化学活性进行研究，扫描范围分别为-1.0V?0V，扫描速率为10 mV/s。本实施例中Pb修饰石墨毡的循环伏安曲线如图1所示，比较Pb修饰石墨毡和比较例中未改性石墨毡上V2+/V3+的电化学氧化、还原峰位置和峰电流大小可知，Pb修饰石墨毡较比较例中未改性石墨毡具有明显提高的电催化活性及电化学可逆性。
[0041]从实施例1中制备的Pb修饰石墨租上切取尺寸为8cmX6cmX0.5cm的石墨租作为负极，使用未修饰Pb的石墨毡作为正极组装成单电池，进行充放电性能测试。正极电解液为1.5M V02+的3M H2S04溶液60ml，负极电解液为1.5M V3+的3M H2S04溶液60ml。其在80-160mA/cm2时的电压效率和能量效率如图2和图3所示，从中可以看出，与比较例1中未改性石墨毡相比，本实施例中Pb修饰石墨毡单电池的电压效率在80mA/cm2的电流密度下从77.4%提高到了 89.4%，能量效率能达到84% ;在120mA/cm2的高电流密度下电压效率从71.6%提高到了 84.6%，能量效率也能达到80%。此外，与比较例相比，本实施例的充放电容量提高了 3%。
[0042]比较例1
[0043]采用德国SGL公司生产的石墨毡作为比较例，该石墨毡未经任何处理，切取尺寸为8cmX6cmX0.5cm的石墨租作为正负极组装成单电池，进行充放电性能测试。正极电解液为1.5M V02+的3M H2S04溶液60ml，负极电解液为1.5M V3+的3M H2S04溶液60ml。其在不同电流密度下的电压效率和能量效率如图2和图3所示。
[0044]实施例2
[0045]将一定尺寸的碳毡浸溃在0.05M醋酸铅的水溶液中，超声分散30min后取出，放入干燥箱中100°c干燥10h，然后将担载有醋酸铅的碳毡在氮气气氛中升温至600°C，通入H2恒温反应2h，将Pb2+还原成Pb，再在氮气气氛下冷却至室温，使用电子天平称重确定Pb的担载量质量比为5%。该负极材料不仅具有具有高电催化活性，能够降低液流储能电池的电化学极化，提高电池的工作电流密度，还提高了电池的充放电容量。
[0046]单电池组装评测条件同实施例1，与实施例1不同之处在于:采用本实施例Pb修饰碳毡作为负极的全钒液流电池，电流密度为80 mA/cm2时，电压效率和能量效率分别为89.3%和84.5% ;电流密度提高到120 mA/cm2时，电压效率和能量效率仍然保持在84.7%和80.8%。充放电容量与未修饰碳毡比提高了 10%。
[0047]实施例3
[0048]将一定尺寸的碳纸浸溃在0.1M Pb (N03) 2的ΗΝ03溶液中，超声分散30min后取出，放入干燥箱中105°C干燥10h，然后将担载有Pb (N03) 2的碳纸在氮气气氛中升温至600°C，通入H2恒温反应lh，使Pb (N03) 2分解还原成Pb，然后冷却至室温,使用电子天平称重确定Pb的担载量质量比为10%。该负极材料不仅具有具有高电催化活性，能够降低液流储能电池的电化学极化，提高电池的工作电流密度，还提高了电池的充放电容量。
[0049]单电池组装评测条件同实施例1，与实施例1不同之处在于:采用本实施例Pb修饰碳纸作为负极的全钒液流电池，电流密度为80 mA/cm2时，电压效率和能量效率分别为84.3%和80.1%，充放电容量与未修饰碳纸比提高了 15%。
[0050]实施例4
[0051]将一定尺寸的石墨毡浸溃在0.01M PbS04&H2S04溶液中，超声分散60min后取出，放入干燥箱中120°C干燥10h，使用电子天平称重确定PbS04的担载量质量比为1%。该负极材料不仅具有具有高电催化活性，能够降低液流储能电池的电化学极化，提高电池的工作电流密度，还能提高电池的充放电容量。
[0052]单电池组装评测条件同实施例1，与实施例1不同之处在于:采用本实施例Pb修饰石墨毡作为负极的全钒液流电池，电流密度为80 mA/cm2时，电压效率和能量效率分别为87.3%和82.8% ;电流密度提高到120 mA/cm2时，电压效率和能量效率仍然保持在82.7%和79.4%。充放电容量与未修饰石墨毡比提高了 2%。
【主权项】
1.一种多功能负极材料，其特征在于:所述多功能负极材料是以碳素材料作为基体，在其表面修饰有含Pb电催化剂，含Pb电催化剂为Pb单质、Pb02或硫酸铅中的一种或二种以上； 所述含Pb电催化剂于基体上的沉积量为多功能负极材料的0.05?80 wt%。2.根据权利要求1所述的多功能负极材料，其特征在于:所述含Pb电催化剂于基体上的沉积量为多功能负极材料的0.05?20 wt%，更优选地为0.1?10 wt%。3.根据权利要求1所述的多功能负极材料，其特征在于:所述含Pb电催化剂的颗粒尺寸为lnm?5 μ m,优选地,为2?500nm。4.根据权利要求1所述的多功能负极材料，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。5.根据权利要求1所述的多功能负极材料，其特征在于:所述修饰的方式可为物理吸附、化学沉积中的一种或二种。6.一种权利要求1-5任一所述多功能负极材料的应用，其特征在于:所述多功能负极材料可作为全钒液流电池负极用于全钒液流电池中。
【专利摘要】一种多功能负极材料，是以碳素材料作为基体，在其表面修饰有含Pb电催化剂，含Pb电催化剂为Pb单质、PbO2或硫酸铅中的一种或二种以上；所述含Pb电催化剂于基体上的沉积量为多功能负极材料的0.05～80wt％。这种电极适用于全钒液流电池的负极，可以提高电极材料对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；并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；还可以提高电池的充放电容量。本发明提高了全钒液流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。
【IPC分类】H01M4/90, H01M4/96, H01M8/18
【公开号】CN105322194
【申请号】CN201410371296
【发明人】刘涛, 张华民, 李先锋
【申请人】中国科学院大连化学物理研究所
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2014年7月30日