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钒氧化还原液流电池(简称:钒电池)是一种新型电化学储能装置,具有价格低,反应迅速,使用寿命长,操作和维护简单的特点,逐渐成为研究的热点。影响钒电池性能的主要因素有电极、离子交换膜的性能。性能优良的电极材料和优化的复合电极构成是获得长寿命钒电池的重要因素。
本试验采用石墨和酚醛为原材料,经热固成型炭化高温及改性处理制备了一种具有玻璃碳和石墨结构的三维网状多孔复合电极材料,研究了制备过程中各因素对电极材料性能的影响。
采用石墨酚醛树脂复合板隔氧高温炭化处理的方法,制取石墨/玻碳复合电极。试验考察了炭化温度、升温速率、保持时间、配比等因素对复合电极材料的孔隙率及电阻率的影响。试验结果表明:高温炭化可改变酚醛树脂的性质,转变为强度高、化学性质稳定的玻璃碳材料,增加电极孔隙率及比表面积并降低电阻率。同时试验发现:酚醛树脂含量为40%时制得样品的性能最优(综合考虑电阻率和机械强度);升温速率10K/min是较佳的,加热至1273K条件下电阻率最低,孔隙率较大;增加保持时间可进一步降低电阻率;原料中添加NaCO3及改变固化工艺,可将孔隙率提高一倍以上,5%的添加量是比较合适的;电镜扫描观察发现,电极既有微观孔洞也有宏观孔洞。
对制得的复合电极进行电化学法测试,结果表明其电化学活性和可逆性较碳塑电极材料好。复合电极材料分别经马弗炉中400℃下加热30h和煮沸浓硫酸中改性氧化处理,经过热处理和酸处理后,电极表面的活性基团增多,能进一步提高复合电极的电化学性能。
制得的复合电极用作静止型钒电池正极时,充放电密度可以达到40mA/cm2,充放电效率达78%左右,且没有出现析氢析氧现象。经过上百次循环,电极没有被侵蚀现象,未出现容量明显下降现象。