一种修饰铁离子电极的方法及其应用

本发明属于新能源，具体涉及一种修饰铁离子电极的方法及其应用。

背景技术：

1、由于价格低廉、安全无毒，铁离子电极反应电对逐渐成为一类受人关注的半反应，有多种基于铁离子电极电对的电池得以研制成功。如gong等发明的锌-铁液流电池(参见文献energy environmental science，2015，8，2941)，zhen等发明的基于铁配合物的全铁液流电池(参见文献journal of power sources 2020，445，227-331)，zeng等发明的铁-镉电池(journal of power sources，2016，330，55-60)、铁-铬液流电池(参见文献journal ofpower sources，2016，327，258-264)及tucker等发明的铁-氢燃料电池(参见文献journalof power sources，2014，245，691-697)等。但现有的铁离子电极多直接采用现有的电极材料，未特殊研制使电极满足铁离子电极反应所需，这无疑限制了这些基于铁离子电极反应电池的性能提升。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种修饰铁离子电极的方法及其应用，以克服现有技术的不足。

2、为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

3、本发明实施例提供了一种修饰铁离子电极的方法，其包括：采用热处理、化学试剂处理、等离子体处理、辐射处理、电化学处理中的任意一种方式对电极材料进行处理，从而制得铁离子修饰电极；

4、其中，适用于所述铁离子修饰电极的铁离子电对包括fe(iii)与fe(ii)之间组成的电极反应电对、无机铁离子与金属铁之间组成的电极反应电对、铁配合物之间组成的电极反应电对、铁配合物与金属铁之间组成的电极反应电对中的任意一种。

5、本发明实施例还提供了前述方法制得的铁离子修饰电极。

6、本发明实施例还提供了前述的修饰铁离子电极的方法于制备铁-氢电池中的用途。

7、本发明实施例还提供了一种铁-氢电池，其包括：电极、铁离子电对溶液、电池极板以及膜材料，其中所述电极为前述的铁离子修饰电极。

8、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明通过物理或化学的处理方式处理电极，方法较为简单适合大规模大批量的生产制备，本发明处理的电极有效的提升了铁离子及铁配合物离子的传质能力，使得电极在铁离子电对在电化学反应中表现出更为优异的电化学性质，同时应用本发明修饰后的电极使得制备的铁-氢电池的性能得到大幅提升，其也可用于其他包含铁离子电化学反应的电池电极，如全铁液流电池、铁-铬液流电池等。

技术特征：

1.一种修饰铁离子电极的方法，其特征在于包括：采用热处理、化学试剂处理、等离子体处理、辐射处理、电化学处理中的任意一种方式对电极材料进行处理，从而制得铁离子修饰电极；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述热处理的温度为80～800℃；优选为200～600℃；

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述化学试剂处理中采用的化学试剂包括酸性试剂、氧化性试剂、导电试剂中的任意一种或两种以上的组合；

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述等离子体处理中采用的等离子体气源包括氧气、二氧化碳、氮气、空气中的任意一种；优选为氧气或空气；

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述辐射处理中采用的辐射源包括紫外射线、x射线、伽马射线中的任意一种；

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电化学处理包括：将所述电极材料置于电解液中进行电化学修饰，其中所述电解液包括水系导电溶液或有机系导电溶液；优选的，所述电解液中的电解质包括酸性试剂、氧化性试剂、导电试剂中的任意一种或两种以上的组合；所述酸性试剂包括盐酸、硝酸、硫酸、柠檬酸、谷氨酸中的任意一种或两种以上的组合；所述氧化性试剂包括氧水和/或高锰酸钾；所述导电试剂包括聚苯胺、聚对苯乙炔、碳粉、碳纳米管、碳纤维中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述电解液中电解质的浓度为0.0001～100mol/l，尤其优选为0.01～10mol/l；

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述电极材料包括碳材料和/或防腐蚀金属材料；优选的，所述碳材料包括石墨烯膜、碳纸、碳毡、碳布、碳纳米管膜、碳纳米管海绵中的任意一种；优选的，所述防腐蚀金属材料包括钛网和/或镍网；尤其优选的，所述电极材料包括碳纸、碳毡、碳纳米管海绵中的任意一种；

8.由权利要求1-7中任一项所述方法制得的铁离子修饰电极。

9.权利要求8所述的铁离子修饰电极于制备铁-氢电池中的用途。

10.一种铁-氢电池，其特征在于包括：电极、铁离子电对溶液、电池极板以及膜材料，其中所述电极为权利要求8所述的铁离子修饰电极。

技术总结
本发明公开了一种修饰铁离子电极的方法及其应用。所述方法包括：采用热处理、化学试剂处理、等离子体处理、辐射处理、电化学处理中的任意一种方式对电极材料进行处理，从而制得铁离子修饰电极；其中，适用于所述铁离子修饰电极的铁离子电对包括Fe(III)与Fe(II)之间组成的电极反应电对、无机铁离子与金属铁之间组成的电极反应电对、铁配合物之间组成的电极反应电对、铁配合物与金属铁之间组成的电极反应电对中的任意一种。本发明通过物理或化学的处理方式处理电极，使得电极在铁离子电对电化学反应中表现出更为优异的电化学性质，同时制备的铁‑氢电池的性能得到大幅提升。

技术研发人员：周小春,白闯,李伟,马哈马得·塔里克
受保护的技术使用者：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15