Fe/Cr液流电池用石墨毡电极材料的制备与改性研究

摘要

本文从Fe/Cr液流电池用石墨毡电极材料的制备与空气中氧化两个方面进行研究，制备一系列石墨毡电极材料，考察聚丙烯晴(PAN)基石墨毡的碳化温度、石墨化温度、空气中氧化对电极性能的影响。
　　采用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱分析仪(FTIR)等手段表征石墨毡纤维表面形貌以及纤维表面官能团，用热失重曲线(TG)确定石墨毡空气中氧化最佳温度，用电化学工作站CHI660E对石墨毡电极进行循环伏安测试，考察电极的电化学性能，用二次电池性能测试仪测试石墨毡作电极的充放电曲线、I-V曲线。实验结论如下:
　　随碳化、石墨化温度的增加，纤维表面的-COOH和-OH官能团数目减少，550℃热处理5h，纤维表面积增加，表面活性结点的数目增多，表面的-COOH和-OH官能团数目增多。
　　Fe2+/Fe3+电对在电极表面表现出较好的电化学活性，而Cr2+/Cr3+电对的电化学活性较差;Fe2+/Fe3+电对在碳毡、石墨毡、空气中氧化5h石墨毡电极表面氧化还原反应的峰电流逐渐增大，氧化还原反应的电位差ΔEP逐渐缩小、氧化还原反应峰电流的比值Ipa/Ipc逐渐接近于1，电极的可逆性、电化学活性逐渐升高。
　　碳化温度为1400℃，石墨化温度为1800℃的石墨毡组装成动态液流电池，在40-120mA/cm2电流密度下对电池进行充放电测试，电压效率、能量效率随电流密度的增加而减小，电池的最佳充放电电流密度为60mA/cm2。
　　随碳化温度的升高，电池的库伦效率缓慢降低，电池的能量效率、电压效率均逐渐升高，充放电内阻降低。随石墨化温度升高，电池的能量效率、电压效率均提高，电池充放电内阻降低，石墨化对电阻的影响明显大于碳化对电阻的影响。
　　碳化温度为1400℃，石墨化温度为2000℃的石墨毡作电极，库伦效率、电压效率、能量效率分别为94.40％、83.47％、78.79％。550℃热处理5h后，电池的库伦效率、电压效率、能量效率分别为94.60％、80.75％、85.36％，电池的充放电内阻降低。