修饰有机液流电池用电极的方法、电极、电池和储能系统
专利汇可以提供修饰有机液流电池用电极的方法、电极、电池和储能系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种修饰有机液流 电池 用 电极 的方法、电极、电池和储能系统，所述方法包括以下步骤：S10、利用去离子 水 、 乙醇 及稀释后的双 氧 水清洗 碳 素基体材料，并干燥备用；S20、将干燥的所述碳素基体材料放入设定浓度的MXene分散液中，并在第一设定 温度 和第一设定时间下恒温反应，冷却至室温后获得有机液流电池用电极。根据本发明 实施例 的使用二维MXene材料修饰有机液流电池用电极的方法，通过首先对MAX相材料进行 刻蚀 得到MXene二维材料，随后通过水热反应，得到MXene二维材料和TiO2修饰的碳素电极，该方法不仅能够提高材料亲水性和电化学性，而且能够提高电池的 密度 和 能量 效率。，下面是修饰有机液流电池用电极的方法、电极、电池和储能系统专利的具体信息内容。
1.一种使用二维MXene材料修饰有机液流电池用电极的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10、利用去离子水、乙醇及稀释后的双氧水清洗碳素基体材料，并干燥备用；
S20、将干燥的所述碳素基体材料放入设定浓度的MXene分散液中，并在第一设定温度和第一设定时间下恒温反应，冷却至室温后获得有机液流电池用电极。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S10中，所述碳素基体材料为碳纸、碳布、石墨毡和石墨板中的一种或多种的结合体。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S10中，所述第一设定温度为80℃～
200℃，所述第一设定时间为6h～20h。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S20中，所述MXene分散液由以下步骤制备而成：
S21、将MAX相材料置于设定浓度的刻蚀剂中，并在第二设定温度和第二设定时间下反应形成混合物；
S22、向所述混合物中加入纯水进行离心清洗，直至上清液的pH值为6～8，获得沉淀物；
S23、将所述沉淀物以预定浓度溶于去离子水中，并通入氮气防止氧化；
S24、离心处理并收集上清，获得所述MXene分散液。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤S21中，所述MAX相材料为Ti3AlC2粉末。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤S21中，所述刻蚀剂为氢氟酸、盐酸、氟化锂、氟化氢铵、氢氧化钠等中的一种或多种。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤S21中，所述刻蚀剂的浓度为
0.5mol/L～30mol/L。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤S21中，所述第二设定温度为30℃～
50℃，所述第二设定时间为1h～10h。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤S22中，所述沉淀物的浓度为0.5mg/mL～10mg/mL。
10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤S23中，还包括超声剥离处理。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在步骤S23中，所述超声剥离处理时间为
0.5h～2h。
12.一种有机液流电池用电极，其特征在于，所述有机液流电池用电极根据权利要求1-
11中任一项所述的使用二维MXene材料修饰有机液流电池用电极的方法制备而成。
13.一种有机液流电池，其特征在于，包括：
电解池槽体，电解池槽体内充入电解液，所述电解液包括支持电解质；
两个极板，两个所述极板相对设置，两个所述极板中的一个为根据权利要求12所述的有机液流电池用电极；
电池隔膜，所述电池隔膜位于所述电解池槽体内，所述电池隔膜将所述电解池槽体分隔为与一所述电解液储液库连通的阳极区和与另一所述电解液储液库连通的阴极区，一所述极板设于所述阳极区，另一所述极板设于所述阴极区，所述阳极区内具有包括正极活性物质的正极电解液，所述阴极区内具有包括负极活性物质的负极电解液，所述电池隔膜能够供所述支持电解质穿透，阻止所述正极活性物质和所述负极活性物质穿透，所述正极活性物质和/或所述负极活性物质为有机活性分子；
循环管路，所述循环管路将一所述电解液储液库内的电解液输入或输出所述阳极区，所述循环管路将另一所述电解液储液库内的电解液输入或输出所述阴极区；
循环泵，所述循环泵设于所述循环管路，通过所述循环泵使所述电解液循环流动供给。
14.根据权利要求13所述的有机液流电池，其特征在于，所述有机活性分子为金属茂络合物及其衍生物、羰基类及其衍生物、醌类、醛酮类及其衍生物、硝基自由基类及其衍生物、杂环类及其衍生物。
15.根据权利要求14所述的有机液流电池，其特征在于，所述金属茂络合物为二茂铁、二茂铬或二茂锰。
16.根据权利要求13所述的有机液流电池，其特征在于，所述有机活性分子包括对其进行氨基、羟基、羰基或者磺酸基官能团水溶性修饰的衍生物。
17.根据权利要求13所述的有机液流电池，其特征在于，所述有机活性分子的浓度为
0.01mol/L～4mol/L。
18.根据权利要求13所述的有机液流电池，其特征在于，所述支持电解质为单组份中性盐水溶液或混合中性盐水溶液。
19.根据权利要求13所述的有机液流电池，其特征在于，所述支持电解质为NaCl盐溶液、KCl盐溶液、Na2SO4盐溶液、K2SO4盐溶液、MgCl2盐溶液、MgSO4盐溶液、CaCl2盐溶液、CaSO4盐溶液、BaCl2盐溶液和BaSO4盐溶液中的至少一种。
20.根据权利要求13所述的有机液流电池，其特征在于，所述支持电解质的浓度为
0.1mol/L～6mol/L，粘度为10mPas～104mPas。
21.根据权利要求13所述的有机液流电池，其特征在于，所述电池隔膜为阴离子交换膜、阳离子交换膜、选择性渗透膜、阴阳离子复合交换膜、透析膜或多孔膜中的一种。
22.根据权利要求13所述的有机液流电池，其特征在于，所述电池隔膜的厚度为1μm～
5mm。
23.一种基于盐穴的液流电池储能系统，其特征在于，包括权利要求13-22中任一所述的有机液流电池，所述的基于盐穴的液流电池储能系统还包括：
两个电解液储液库，两个所述电解液储液库间隔开相对设置，所述电解液储液库为盐矿开采后形成的具有物理溶腔的盐穴，所述溶腔内储存有电解液，所述的电解液包括所述正极活性物质、所述负极活性物质和所述支持电解质，所述电解液在惰性气体环境保护下，避免氧化的正极活性物质和负极活性物质被还原，所述有机液流电池分别与两个所述电解液储液库连通。
修饰有机液流电池用电极的方法、电极、电池和储能系统
技术领域
背景技术
性，使其利用受到大量限制，利用率低。因此需要大力发展储能技术，为电网的稳定性提供
保障。在各种储能技术中，液流电池储能技术由于具有容量大、安全性高、低成本等优势，成
为大规模储能技术的首选。其中由于钒液流电池电解质有毒性，及强酸强腐蚀性等问题，限
制了其广泛应用。
究大多集中在活性物质的设计合成开发，利用有机物质丰富的选材及可调控性强的优点开
发出电化学性能优越的活性物质。然而对于该电池体系中的电极材料则研究的较少。目前
文献中报道的采用的电极材料大多是石墨毡，其具有较好的电导性和较高的电化学稳定性
等优点。但其较差的亲水性和电化学活性制约着其进一步发展，特别是在长期使用其电化
学活性会逐渐降低，致使电池整体性能下降。因此有必要对石墨毡电极进行性能修饰，促进
其电化学活性，满足大规模储能系统工程应用。
发明内容
材料，并干燥备用；S20、将干燥的所述碳素基体材料放入设定浓度的MXene分散液中，并在
第一设定温度和第一设定时间下恒温反应，冷却至室温后获得有机液流电池用电极。
饰的碳素电极，该方法不仅能够提高材料亲水性和电化学性，而且能够提高电池的密度和
能量效率。
成混合物；S22、向所述混合物中加入纯水进行离心清洗，直至上清液的pH值为6～8，获得沉
淀物；S23、将所述沉淀物以预定浓度溶于去离子水中，并通入氮气防止氧化；S24、离心处理
并收集上清，获得所述MXene分散液。
中的一个为根据上述实施例所述的有机液流电池用电极；电池隔膜，所述电池隔膜位于所
述电解池槽体内，所述电池隔膜将所述电解池槽体分隔为与一所述电解液储液库连通的阳
极区和与另一所述电解液储液库连通的阴极区，一所述极板设于所述阳极区，另一所述极
板设于所述阴极区，所述阳极区内具有包括正极活性物质的正极电解液，所述阴极区内具
有包括负极活性物质的负极电解液，所述电池隔膜能够供所述支持电解质穿透，阻止所述
正极活性物质和所述负极活性物质穿透，所述正极活性物质和/或所述负极活性物质为有
机活性分子；循环管路，所述循环管路将一所述电解液储液库内的电解液输入或输出所述
阳极区，所述循环管路将另一所述电解液储液库内的电解液输入或输出所述阴极区；循环
泵，所述循环泵设于所述循环管路，通过所述循环泵使所述电解液循环流动供给。
BaSO4盐溶液中的至少一种。
所述电解液储液库间隔开相对设置，所述电解液储液库为盐矿开采后形成的具有物理溶腔
的盐穴，所述溶腔内储存有电解液，所述的电解液包括所述正极活性物质、所述负极活性物
质和所述支持电解质，所述电解液在惰性气体环境保护下，避免氧化的正极活性物质和负
极活性物质被还原，所述有机液流电池分别与两个所述电解液储液库连通。
附图说明
具体实施方式
图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的
描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是
两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本
发明中的具体含义。
间下恒温反应，冷却至室温后获得有机液流电池用电极。
液中，转移到反应釜中，恒温反应后，冷却至室温。
料修饰的碳素电极，该方法不仅能够提高材料亲水性和电化学性，而且能够提高电池的密
度和能量效率。
合物；S22、向混合物中加入纯水进行离心清洗，直至上清液的pH值为6～8，获得沉淀物；
S23、将沉淀物以预定浓度溶于去离子水中，并通入氮气防止氧化；S24、离心处理并收集上
清，获得MXene分散液。
池槽体内，电池隔膜将电解池槽体分隔为与一电解液储液库连通的阳极区和与另一电解液
储液库连通的阴极区，一极板设于阳极区，另一极板设于阴极区，阳极区内具有包括正极活
性物质的正极电解液，阴极区内具有包括负极活性物质的负极电解液，电池隔膜能够供支
持电解质穿透，阻止正极活性物质和负极活性物质穿透，正极活性物质和/或负极活性物质
为有机活性分子，循环管路将一电解液储液库内的电解液输入或输出阳极区，循环管路将
另一电解液储液库内的电解液输入或输出阴极区，循环泵设于循环管路，通过循环泵使电
解液循环流动供给。
种。
实施例的有机液流电池也具有相同的技术效果，不仅能够提高材料亲水性和电化学性，而
且能够提高电池的密度和能量效率。
储液库间隔开相对设置，电解液储液库为盐矿开采后形成的具有物理溶腔的盐穴，溶腔内
储存有电解液，的电解液包括正极活性物质、负极活性物质和支持电解质，电解液在惰性气
体环境保护下，避免氧化的正极活性物质和负极活性物质被还原，有机液流电池分别与两
个电解液储液库连通。
明实施例的基于盐穴的液流电池储能系统也具有相同的技术效果，不仅能够提高材料亲水
性和电催化活性，而且能够提高电池的密度和能量效率。
L分散到去离子水中，通入氮气防止氧化，然后超声进行剥离1h；超声后的混合物进行离心
分离，收集上清液，得到Ti3C2分散液；随后对石墨毡采用去离子水、乙醇及稀释后的双氧水
清洗，然后放入烘箱，在80℃下烘干，然后放入上面得到的Ti3C2分散液中，转移到反应釜中，
在180℃下恒温反应10h，得到二维材料Ti3C2和TiO2修饰的石墨毡电极。
液粘度为20mPas，隔膜选用阳离子交换膜，进行充放电性能测试，在电流密度40mA/cm2时，
库伦效率为97％，电压效率84％，能量效率81％，具体的结果如图2至图4所示。
配成6mg/L分散到去离子水中，通入氮气防止氧化，然后超声进行剥离1h；超声后的混合物
进行离心分离，收集上清液，得到Ti3C2分散液；随后对石墨毡采用去离子水、乙醇及稀释后
的双氧水清洗，然后放入烘箱，在80℃下烘干，然后放入上面得到的Ti3C2分散液中，转移到
反应釜中，在160℃下恒温反应10h，得到二维材料Ti3C2和TiO2修饰的石墨毡电极。
溶液，整体电解质溶液粘度为30mPas，隔膜选用阴离子交换膜，进行充放电性能测试，在电
流密度40mA/cm2时，库伦效率为97％，电压效率84％，能量效率81％。
去离子水中，通入氮气防止氧化，然后超声进行剥离1h；超声后的混合物进行离心分离，收
集上清液，得到Ti3C2分散液；随后对石墨毡采用去离子水、乙醇及稀释后的双氧水清洗，然
后放入烘箱，在80℃下烘干，然后放入上面得到的Ti3C2分散液中，转移到反应釜中，在140℃
下恒温反应12h，得到二维材料Ti3C2和TiO2修饰的石墨毡电极。
隔膜选用nafion117膜，进行充放电性能测试，在电流密度40mA/cm2时，库伦效率为96％，电
压效率83％，能量效率80％。
去离子水中，通入氮气防止氧化，然后超声进行剥离0.5h；超声后的混合物进行离心分离，
收集上清液，得到Ti3C2分散液；随后对石墨毡采用去离子水、乙醇及稀释后的双氧水清洗，
然后放入烘箱，在80℃下烘干，然后放入上面得到的Ti3C2分散液中，转移到反应釜中，在80
℃下恒温反应6h，得到二维材料Ti3C2和TiO2修饰的石墨毡电极。
隔膜选用nafion117膜，进行充放电性能测试，在电流密度40mA/cm2时，库伦效率为94％，电
压效率81％，能量效率80％。
到去离子水中，通入氮气防止氧化，然后超声进行剥离2h；超声后的混合物进行离心分离，
收集上清液，得到Ti3C2分散液；随后对石墨毡采用去离子水、乙醇及稀释后的双氧水清洗，
然后放入烘箱，在200℃下烘干，然后放入上面得到的Ti3C2分散液中，转移到反应釜中，在
200℃下恒温反应20h，得到二维材料Ti3C2和TiO2修饰的石墨毡电极。
隔膜选用nafion117膜，进行充放电性能测试，在电流密度40mA/cm2时，库伦效率为98％，电
压效率84％，能量效率82％。
应视为本发明的保护范围。
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