甲基磺酸铅液流电池复合电极材料的制备

发布时间：2020-11-13 21:48

　　 甲基磺酸铅液流电池因其无隔膜的结构设计而在新能源储能领域备受关注。以改善甲基磺酸铅液流电池电极材料的导电性、机械性能和耐腐蚀性,进而提高电池的充放电效率和循环寿命为目标,本论文系统的研究了一种以高密度聚乙烯为基体材料、短切碳纤维为增强材料、鳞片石墨和乙炔炭黑为导电填料的复合电极材料的制备方法和工艺,明确了热模压成型的模压温度、模压压力和模压时间以及导电填料的配比对复合电极材料电导率及力学性能的影响规律,同时,为了改善复合电极材料的界面粘结强度,通过钛酸酯偶联剂对复合电极材料进行了改性处理,并分析其作用机理,研究了改性前后的复合电极材料对甲基磺酸铅液流电池的储电效率和循环寿命的影响。结果表明:(1)以模压温度190℃、模压压力25 MPa、模压时间25 min的热模压成型方法,导电填料炭黑和石墨粉质量配比为1:4,且经过1.5%钛酸酯偶联剂处理之后,复合电极材料的综合性能最优,电导率达到19.4 s ·cm-1,弯曲强度到达58.4 MPa,同时,通过扫描电镜观察分析,耐腐蚀性较未经钛酸酯偶联剂处理的复合电极材料有明显提高。(2)通过傅里叶红外光谱分析和XPS分析,得到偶联剂与高密度聚乙烯基体之间的结合方式为物理缠绕或交联作用,与增强材料和导电填料之间为化学键结合方式(-C-O-Ti-),改善了复合电极材料的界面粘结性,同时,微珠实验表明经过钛酸酯偶联剂处理之后提高了基体材料与增强材料之间的剪切强度,从5.01±1.04MPa提升到7.97±0.96MPa。(3)以经过钛酸酯偶联剂处理的复合电极材料作为甲基磺酸铅液流电池的电极材料时,电池具有良好的充放电特性,库仑效率为92%～94%,电压效率为90%～93%,能量效率为83%～86%,同时,循环寿命也提高了 2倍左右。(4)对目前商用的复合电极材料进行了基本性能检测,得电导率为11.708 s·cm-1,弯曲强度为41.78 MPa,都低于本论文所制备的复合电极材料的电导率和弯曲强度;在电池中应用时,其整体性能也低于本论文所制备的复合电极材料组装的小电堆。
【学位单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM912;TB33
【部分图文】：

图 1-1 锌溴液流电池原理图【11】Fig.1-1 Schematic diagram of zinc-bromine flow b不同价态钒离子在电极表面发生氧化还的储存和释放。其正极采用 VO2+/VO2+为溶剂，钒液流电池中，电解质溶液钒离液为紫色，V3+溶液为绿色，V4+溶液为蓝电解质溶液的颜色，可估计全钒液流电点，但同时存在一些技术问题：（1）当，电解液中就会有五氧化二钒沉淀析出，的流道堵塞，导致电池寿命缩短；（2）之后，石墨板会被完全刻蚀掉，使得电池液流电池中间昂贵的隔膜，限制全钒液流顿大学【13】，首次提出一种新型的液流储无需昂贵的质子交换膜，且电池内部设计。

图 1-2 铅酸液流电池结构示意图ig.1-2 The structure diagram of lead acid flow ba、泵和电池组成，电解液装在储液罐中，在电池中来回循环流动，从而完成电池电池研究现状Hazza 等人【15-20】首次提出甲基磺酸铅液铅离子与氢离子的配比、电极板的选取了研究。通过一系列的研究发现甲基磺酸容量由 Pb2+浓度决定，但是当提高电池的

西安理工大学硕士学位论文越过很薄的聚合物界面层所形成的势垒而跃迁到相邻导电粒流，这种现象被称为隧道效应；或者导电粒了间的内部电场很飞跃聚合物界面层势垒而跃迁到相邻导电粒子上，产生场致发起着相当于内部分布电容的作用。当复合电极材料中导电填料极材料形成致密良好的导电网络时，复合电极材料导电性能主理论认为只有当导电填料相接触，才能导电，根据文献表明【4电极材料中实际是存在很多微小的间隙，导电填料被聚合物基电填料也是较少，但复合电极材料也有很好的导电能力，此种。然而隧道效应和场致发射理论则认为，在聚合物基复合导电距小于 10 nm 时，电子有很大的几率穿越聚合物层跃迁到相邻射电子形成隧道电流而引起复合电极材料导电【37-40】。
【参考文献】

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1 秦兆鲁;李定华;杨荣杰;;钛酸酯偶联剂改性聚磷酸铵及其在阻燃聚丙烯中的应用[J];高分子材料科学与工程;2015年12期

2 李红玲;董斌;韩延安;娄淑芳;李杰;李文静;;钛酸酯偶联剂的偶联机理及研究进展[J];表面技术;2012年04期

3 刘旭东;毕孝国;吉晓瑞;牛微;;全沉积型铅酸液流电池用石墨毡电极性能研究[J];沈阳工程学院学报(自然科学版);2012年03期

4 刘诗兴;;电网储能技术综述[J];中国电力教育;2012年18期

5 赵平;杨佳星;周琦;王立媛;;基于可溶性铅(Ⅱ)离子电解液的铅酸液流电池[J];电源技术;2009年11期

6 文越华;程杰;张华民;杨裕生;;液流储能电池电化学体系的进展[J];电池;2008年04期

7 彭海燕;李伟善;;全沉积型铅酸液流电池概况[J];电池工业;2007年01期

8 严俊;赵立飞;;储能技术在分布式发电中的应用[J];华北电力技术;2006年10期

9 赵平,张华民,周汉涛,衣宝廉;我国液流储能电池研究概况[J];电池工业;2005年02期

10 李北星,张文生;HAC/PVA基MDF材料中偶联剂作用机理研究[J];复合材料学报;2002年04期

本文编号：2882692