面向建筑储能的锌镍单液流电池负极性能研究

发布时间：2020-11-13 23:52

　　 近年来,光伏发电在建筑节能中的应用越来越广泛,但光伏发电的输出功率随气象条件变化而变化,且为间歇性,为保证对负荷的连续供电,必须安装储能系统。储能技术保证电力系统能够为人们提供持续的、稳定的电力支持。液流电池作为建筑中的储能装置其廉价可靠、储能量大、循环次数多、寿命长,可以高效的进行能量转化和储存,同时还可以作为电网调峰储能装置。但液流电池在循环过程中常常伴随着锌枝晶、锌钝化、腐蚀和锌变形等问题,从而造成了电池容量损失,电池性能衰减。到目前为止,为了提高锌负极的性能已经进行了很多尝试,包括在电极或电解质中使用添加剂。虽然锌电极的循环寿命和性能得到了一定的改善,但问题仍然难以解决。本课题以锌镍单液流电池作为研究对象,围绕提升锌镍单液流电池负极性能(负极性能具体表现在沉积形貌、库伦效率、自腐蚀、析氢等方面)作为研究目标,采用SEM和EDS技术对材料进行物相分析,循环伏安(CV)和恒流充放电测试分析电池的电化学性能。实验研究了基础溶液中不同负极基材对锌负极沉积/溶解行为的影响,并在确定负极基材的前提下,通过优化的电解液,来进一步抑制负极锌在沉积及溶解过程中的自腐蚀,提高电池整体荷电保持能力。本文具体研究内容及发现如下:1.通过在基础溶液中对比不同负极基材对锌负极沉积/溶解行为的影响,研究发现镀镍钢带较其他基材(铜带、不锈钢带、锰白铜带)更适合作为锌镍单液流电池中的负极集流体;2.确定以镀镍钢带作为负极基材,对比向电解液中添加不同浓度的氢氧化镓对锌负极沉积/溶解行为的影响。研究发现基础溶液中锌的沉积的颗粒的尺寸比较大,电解液中加入氢氧化镓后,锌沉积颗粒的尺寸一定程度上得到细化,且随着氢氧化镓添加量的增加,表面镀层中的锌沉积颗粒不断细化。当添加氢氧化镓浓度为0.1 mol/L时,此时锌沉积颗粒尺寸相对于基础溶液相距很大,这与电解液中添加氢氧化镓后,电沉积过程中锌和镓生成了锌镓合金有关。同时加入氢氧化镓后一定程度上改善锌负极的自放电现象,当电解液中氢氧化镓添加量为0.1 mol/L时,电池充满后电静置12 h后,电池放电库伦效率从基础溶液的59.9%提高到69.1%;3.通过向电解液中添加不同浓度的锡酸钾与基础溶液基础溶液对比,研究发现当扫描速度为1 mV/s时,循环伏安曲线的溶解峰随着添加锡酸钾浓度的增加峰值逐渐减小且溶解峰的宽度逐渐变窄,这与集流体表面锌和锡共沉积有关,随着扫描速度的增加,这种规律变得不明显,最终各条曲线趋于重合;采用三电极恒流充放电时,基础溶液中加入锡酸钾后能够稳定充电过程中的电压,库伦效率也较基础溶液中高;加入锡酸钾后一定程度上改善锌负极的自放电现象,相比于基础溶液,加入0.1 mol/L锡酸钾后,抑制自放电效果明显,因此本文提供了一种简单的抑制锌镍单液流电池自放电的方法。
【学位单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU18
【部分图文】：

（WE：工作电极；RE：参比电解；CE：对电极）图 2.1 实验装置示意图Fig.2.1 Schematic diagram置示意图，WE 代表工作电极、RE 代表参比在室温及搅拌的情况下进行。选用 1×1cm2基材对电池性能影响时，负极选用不同材质加剂时，工作电极均为镀镍钢带），选用 2且采用双侧布置，目的是为了让工作电极两极。二电极体系同样采用正极双侧布置，负化学性能测试试（CV 测试）术是对电池的电化学性能测试中最常用、最
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本文编号：2882805