本發(fā)明涉及液流電池儲(chǔ)能，具體涉及一種生物質(zhì)修飾改性鐵鉻液流電池碳布電極及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、由于風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等可再生能源的間歇性和隨機(jī)性，大規(guī)模并入電網(wǎng)將給電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重沖擊。因此，急需大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的削峰填谷，進(jìn)而提高電網(wǎng)對(duì)可再生能源發(fā)電的消納能力，解決棄風(fēng)、棄光等問題。

2、鐵鉻液流電池是一種具有廣闊應(yīng)用前景的能量?jī)?chǔ)存技術(shù)。相較于傳統(tǒng)的鉛酸電池和鋰離子電池，液流電池在壽命、效率和安全性方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。icfb使用鐵和鉻作為活性材料，通過(guò)電解質(zhì)溶液中的氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存和釋放。該技術(shù)特別適用于大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)，如電網(wǎng)調(diào)峰、可再生能源發(fā)電配套儲(chǔ)能等。

3、在鐵鉻液流電池中，電極材料是決定電池性能的關(guān)鍵因素之一。碳布電極因其高導(dǎo)電性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和較大的比表面積，成為了液流電池中常用的電極材料。然而，碳布電極本身存在一些不足，如電化學(xué)活性較低、催化活性不高等，這些不足限制了鐵鉻液流電池的整體性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種生物質(zhì)修飾改性鐵鉻液流電池碳布電極及其制備方法，通過(guò)使用高溫?zé)崽幚怼⒔n法、高溫煅燒、碳熱還原法等技術(shù)對(duì)碳布進(jìn)行生物質(zhì)材料修飾，為鐵鉻液流電池電解液氧化還原反應(yīng)提供了豐富的高催化活性位，利用形成的更多的含氧官能團(tuán)促進(jìn)了鐵鉻液流電池電解液氧化還原反應(yīng)，提高了碳布電極導(dǎo)電性，優(yōu)化催化劑的生長(zhǎng)環(huán)境，提高所制備電極材料的電化學(xué)性能，對(duì)電池性能帶來(lái)了高度的提升，解決了上述背景技術(shù)中提到的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種生物質(zhì)修飾改性鐵鉻液流電池碳布電極的制備方法，包括如下步驟：

3、s1、碳布預(yù)處理：將碳布使用去離子水清洗，清洗后放在乙醇中浸泡，然后再在去離子水中超聲清洗，將超聲清洗后的碳布放入烘箱中干燥，之后使用高溫?zé)崽幚砘罨疾迹?/p>

4、s2、配置前驅(qū)體漿料：將生物質(zhì)粉末加入到去離子水中，然后加入輔助劑，得到混合物，將所得混合物攪拌并超聲處理，形成前驅(qū)體漿料；

5、s3、浸漬：將高溫?zé)崽幚砗蟮奶疾冀肭膀?qū)體漿料中，使用浸漬法處理，隨后烘干碳布；

6、s4、碳熱還原：將經(jīng)步驟s3的碳布取出，在管式爐中的保護(hù)氣氛下高溫煅燒進(jìn)行碳熱還原，得到生物質(zhì)材料修飾改性的碳布電極。

7、優(yōu)選的，在步驟s1中，所述碳布是聚丙烯腈pnv基碳布、人造絲基碳布或石油瀝青基碳布；所述在乙醇中浸泡的時(shí)間為10～20min；所述超聲清洗的時(shí)間為10～100min；所述烘箱中干燥的溫度為30～150℃。

8、優(yōu)選的，在步驟s1中，所述高溫?zé)崽幚砘罨疾际菍⑻疾挤湃腭R弗爐中，在空氣、氦氣、氮?dú)狻鍤?、氙氣、氖氣中的一種或多種混合氣體的氛圍中進(jìn)行高溫?zé)崽幚?；所述高溫?zé)崽幚淼臏囟葹?00～800℃，保溫時(shí)間為1～20h。

9、優(yōu)選的，在步驟s2中，所述的生物質(zhì)粉末為柚子皮粉，橘子皮粉，橙子皮粉，檸檬皮粉中的一種或多種，在最終前驅(qū)體漿料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％～30％。

10、優(yōu)選的，在步驟s2中，所述的輔助劑起到粘合劑的作用，具體為蔗糖，葡萄糖，乳糖，果糖中的一種或多種，濃度為0.1～5mol/l。

11、優(yōu)選的，在步驟s2中，所述攪拌的時(shí)間為10～100min；所述超聲時(shí)間為10～100min。

12、優(yōu)選的，在步驟s3中，浸漬時(shí)間為10～200min；在烘干碳布時(shí)，所述烘干的溫度為30～150℃，烘干的時(shí)長(zhǎng)為1～20h。

13、優(yōu)選的，在步驟s4中，碳熱還原時(shí)，煅燒溫度為500～2000℃，保護(hù)氣氛為氦氣、氮?dú)?、氬氣、氙氣、氖氣中的一種或多種混合氣體，反應(yīng)過(guò)程中的升溫速率為1～30℃/min，保溫時(shí)間為1～20h。

14、另一方面，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了如下技術(shù)方案：一種根據(jù)上述制備方法制備得到的電極材料。

15、本發(fā)明的有益效果是：

16、1)本發(fā)明通過(guò)使用生物質(zhì)材料對(duì)碳布電極進(jìn)行修飾和改性，相對(duì)于未改性材料來(lái)說(shuō)，在電池循環(huán)中表現(xiàn)出更高的能量效率、比容量、庫(kù)倫效率以及更穩(wěn)定的循環(huán)性能；可以有效提升電極的電化學(xué)性能和催化活性。

17、2)本發(fā)明利用生物質(zhì)材料制備改性鐵鉻液流電池電極材料提高電池性能，方法簡(jiǎn)單、原料成本低廉，并適用于大規(guī)模市場(chǎng)化制備，是一種能夠促進(jìn)鐵鉻液流電池發(fā)展的方法。

18、3)本發(fā)明通過(guò)對(duì)生物質(zhì)材料修飾的碳布電極進(jìn)行碳熱反應(yīng)，碳熱反應(yīng)可以在電極表面形成鑲嵌在蠕蟲狀生物質(zhì)孔中的碳化物，增加了電極處的氧化還原面積，為化學(xué)反應(yīng)提供了更豐富的有效面積。并且通過(guò)生物質(zhì)改性之后在碳布表面上達(dá)到一種氮摻雜的效果，能夠起到提升鉻離子電化學(xué)反應(yīng)活性的作用，同時(shí)提升了鐵鉻液流電池能量效率，減緩了電池容量衰減，提高循環(huán)穩(wěn)定性能。改性后的電極比表面積增大，引入更多的含氧官能團(tuán)，例如羥基，醛基，羧基等含氧官能團(tuán)，親水性增強(qiáng)，電極活性位數(shù)量增加，氧化還原反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)和可逆性增強(qiáng)。該修飾電極對(duì)fe?2+/fe?3+和cr?3+/cr2+氧化還原反應(yīng)具有明顯的電催化作用。

技術(shù)特征：

1.一種生物質(zhì)修飾改性鐵鉻液流電池碳布電極的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)修飾改性鐵鉻液流電池碳布電極的制備方法，其特征在于：在步驟s1中，所述碳布是聚丙烯腈pnv基碳布、人造絲基碳布或石油瀝青基碳布；所述在乙醇中浸泡的時(shí)間為10～20min；所述超聲清洗的時(shí)間為10～100min；所述烘箱中干燥的溫度為30～150℃。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)修飾改性鐵鉻液流電池碳布電極的制備方法，其特征在于：在步驟s1中，所述高溫?zé)崽幚砘罨疾际菍⑻疾挤湃腭R弗爐中，在空氣、氦氣、氮?dú)狻鍤?、氙氣、氖氣中的一種或多種混合氣體的氛圍中進(jìn)行高溫?zé)崽幚?；所述高溫?zé)崽幚淼臏囟葹?00～800℃，保溫時(shí)間為1～20h。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)修飾改性鐵鉻液流電池碳布電極的制備方法，其特征在于：在步驟s2中，所述的生物質(zhì)粉末為柚子皮粉，橘子皮粉，橙子皮粉，檸檬皮粉中的一種或多種，在最終前驅(qū)體漿料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％～30％。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)修飾改性鐵鉻液流電池碳布電極的制備方法，其特征在于：在步驟s2中，所述的輔助劑為蔗糖，葡萄糖，乳糖，果糖中的一種或多種，濃度為0.1～5mol/l。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)修飾改性鐵鉻液流電池碳布電極的制備方法，其特征在于：在步驟s2中，所述攪拌的時(shí)間為10～100min；所述超聲時(shí)間為10～100min。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)修飾改性鐵鉻液流電池碳布電極的制備方法，其特征在于：在步驟s3中，浸漬時(shí)間為10～200min；在烘干碳布時(shí)，所述烘干的溫度為30～150℃，烘干的時(shí)長(zhǎng)為1～20h。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)修飾改性鐵鉻液流電池碳布電極的制備方法，其特征在于：在步驟s4中，碳熱還原時(shí)，煅燒溫度為500～2000℃，保護(hù)氣氛為氦氣、氮?dú)?、氬氣、氙氣、氖氣中的一種或多種混合氣體，反應(yīng)過(guò)程中的升溫速率為1～30℃/min，保溫時(shí)間為1～20h。

9.一種根據(jù)權(quán)利要求1～8中任一項(xiàng)所述制備方法制備得到的電極材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及液流電池儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種生物質(zhì)修飾改性鐵鉻液流電池碳布電極及其制備方法，包括如下：將碳布使用去離子水清洗后放在乙醇中浸泡，然后再在去離子水中超聲清洗，放入烘箱中干燥，之后使用高溫?zé)崽幚砘罨疾迹粚⑸镔|(zhì)粉末加入到去離子水中，然后加入輔助劑，將所得混合物攪拌并超聲處理，形成前驅(qū)體漿料；將高溫?zé)崽幚砗蟮奶疾冀肭膀?qū)體漿料中，使用浸漬法處理，隨后烘干碳布；將碳布取出在管式爐中的保護(hù)氣氛下高溫煅燒進(jìn)行碳熱還原，得到生物質(zhì)材料修飾改性的碳布電極。本發(fā)明通過(guò)生物質(zhì)改性之后在碳布表面上達(dá)到一種氮摻雜的效果，能夠起到提升鉻離子電化學(xué)反應(yīng)活性的作用，同時(shí)提升了鐵鉻液流電池能量效率。

技術(shù)研發(fā)人員：徐泉,牛迎春,王屾,肖冬,劉萬(wàn)里,譚冬梅
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中海儲(chǔ)能科技（北京）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6