基于磷钨酸锚定的全钒液流电池用质子交换膜的性能研究

发布时间：2020-12-28 16:36

　　隔膜是全钒液流电池（VRB）的关键部件,具备分隔正负极电解液及传导内部载流体的双重功能。当前普遍使用的全氟磺酸型质子交换膜（PEM）,其磺酸团簇易形成孔径较大的胶束通道,导致了钒离子(Vⁿ⁺)的过速渗透。鉴于改善PEM的钒阻性能时,通常会牺牲其质子传导率的研究现状,引入具有超强Br?nsted酸度的磷钨酸（PWA）作为高效质子供体,在抑制Vⁿ⁺交叉的同时,充分保持或增加PEM的质子传导率。由于PWA易溶于水而流失,本文以PWA的锚定为出发点,提高PEM的H⁺/Vⁿ⁺选择性为核心目的,开展了系统的研究工作。针对常用的无机锚定剂与聚合物溶度参数差异较大难以在基体中良好分散的问题,将PWA锚定于纳米凯夫拉纤维（NKFs）,采用聚苯并咪唑（PBI）及全氟磺酸树脂（Nafion）作为基体,制备了PBI-（NKFs@PWA）和Nafion-（NKFs@PWA）复合膜。以NKFs作为PWA的锚定剂既阻止了PWA的溶出,又克服了无机锚定剂与聚合物基体相容性差的缺陷,使PWA在膜内得到了均匀分散,构建了连续的质子传输... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：166 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究目的和意义
    1.2 全钒液流电池简介
        1.2.1 全钒液流电池的结构及工作原理
        1.2.2 全钒液流电池的特点及应用
        1.2.3 全钒液流电池的研究进展
    1.3 全钒液流电池的关键材料
    1.4 钒电池隔膜的研究开发
        1.4.1 阳离子交换膜
        1.4.2 阴离子交换膜
        1.4.3 两性离子交换膜
        1.4.4 多孔隔膜
    1.5 磷钨酸及其在钒电池中的应用
        1.5.1 磷钨酸的结构
        1.5.2 磷钨酸在钒电池中的应用优势
        1.5.3 磷钨酸的锚定方法
    1.6 本文的主要研究内容
第2章 实验材料与实验方法
    2.1 实验原料及所用仪器
        2.1.1 实验主要原料
        2.1.2 实验主要仪器
    2.2 原料预处理及电极的制备
    2.3 膜的基本性能表征
    2.4 形貌及结构表征
    2.5 VRB单电池性能测试
第3章 PWA锚定于纳米纤维的PEM性能研究
    3.1 引言
    3.2 聚苯并咪唑基PEM的制备及性能研究
        3.2.1 PBI-（NKFs@PWA）的制备
        3.2.2 PBI-（NKFs@PWA）的形貌及结构表征
        3.2.3 PBI-（NKFs@PWA）的基本性能表征
        3.2.4 Recast Nafion和Nafion 115的单电池性能
        3.2.5 PBI-（NKFs@PWA）的单电池性能
    3.3 全氟磺酸基PEM的制备及性能研究
        3.3.1 Nafion-（NKFs@PWA）的制备
        3.3.2 Nafion-（NKFs@PWA）的形貌及结构表征
        3.3.3 Nafion-（NKFs@PWA）的物理化学性能表征
        3.3.4 Nafion-（NKFs@PWA）的IEC及质子传导率
2+渗透率及质子/钒选择性">        3.3.5 Nafion-（NKFs@PWA）的VO²⁺渗透率及质子/钒选择性
        3.3.6 Nafion-（NKFs@PWA）的单电池性能
    3.4 本章小结
2的PEM性能研究">第4章 PWA锚定于纳米SiO₂的PEM性能研究
    4.1 引言
    4.2 PWA锚定于SN@NKFs缠结体的PEM性能研究
        4.2.1 Nafion-（SN@NKFs/PWA）的制备
        4.2.2 SN@NKFs的制备途径筛选
        4.2.3 Nafion-（SN@NKFs/PWA）的结构表征
        4.2.4 Nafion-（SN@NKFs/PWA）的基本性能表征
        4.2.5 Nafion-（SN@NKFs/PWA）的单电池性能
    4.3 PWA锚定于氨基化SN的PEM性能研究
        4.3.1 Nafion-（SN@APTES-PWA）的制备
        4.3.2 Nafion-（SN@APTES-PWA）的形貌及结构表征
        4.3.3 Nafion-（SN@APTES-PWA）的物理化学性能表征
2+渗透率及质子/钒选择性">        4.3.4 Nafion-（SN@APTES-PWA）的VO²⁺渗透率及质子/钒选择性
        4.3.5 Nafion-（SN@APTES-PWA）的充放电及自放电测试
        4.3.6 Nafion-（SN@APTES-PWA）的循环性能
    4.4 本章小结
第5章 PWA锚定于多孔纳米材料的PEM性能研究
    5.1 引言
    5.2 PWA锚定于氨基化SBA-15的PEM性能研究
        5.2.1 Nafion-（SBA-15@APTES-PWA）的制备
        5.2.2 Nafion-（SBA-15@APTES-PWA）的形貌及结构表征
        5.2.3 Nafion-（SBA-15@APTES-PWA）的WU及SR
        5.2.4 Nafion-（SBA-15@APTES-PWA）的IEC及质子传导率
2+渗透率及离子选择性">        5.2.5 Nafion-（SBA-15@APTES-PWA）的VO²⁺渗透率及离子选择性
        5.2.6 Nafion-（SBA-15@APTES-PWA）的物理化学性能表征
        5.2.7 Nafion-（SBA-15@APTES-PWA）的单电池性能
    5.3 PWA锚定于氨基化UiO-66的PEM性能研究
2@PWA）的制备">        5.3.1 Nafion-（UiO-66-NH₂@PWA）的制备
2@PWA）的形貌及结构表征">        5.3.2 Nafion-（UiO-66-NH₂@PWA）的形貌及结构表征
2@PWA）的基本性能表征">        5.3.3 Nafion-（UiO-66-NH₂@PWA）的基本性能表征
2@PWA）的充放电测试">        5.3.4 Nafion-（UiO-66-NH₂@PWA）的充放电测试
2@PWA）的自放电及循环性能">        5.3.5 Nafion-（UiO-66-NH₂@PWA）的自放电及循环性能
    5.4 本章小结
结论
创新点
展望
参考文献
缩写词简表
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]全钒液流电池电极研究进展[J]. 苏秀丽,杨霖霖,周禹,林友斌,余姝媛.  储能科学与技术. 2019(01)
[2]Mn2+浓度对钒液流电池正极液的电化学性能影响[J]. 黄斐,王贵欣,闫康平,罗冬梅.  无机化学学报. 2012(05)
[3]全钒液流电池电解液流场结构优化设计[J]. 陈金庆,王保国,吕宏凌.  现代化工. 2011(09)
[4]基于钒电池储能系统的风电场并网功率控制[J]. 毕大强,葛宝明,王文亮,柴建云.  电力系统自动化. 2010(13)
[5]全钒液流电池用碳纳米管-石墨复合电极的研究[J]. 黄可龙,陈若媛,刘素琴,史小虎,张庆华.  无机材料学报. 2010(06)
[6]流道结构与电解液流动状态对VRB性能的影响[J]. 朱顺泉,陈金庆,汪钱,王保国.  电池. 2008(05)
[7]全钒液流电池隔膜在钒溶液中的性能[J]. 谭宁,黄可龙,刘素琴.  电源技术. 2004(12)

博士论文
[1]全钒液流电池用磺化聚醚醚酮基离子交换膜的研究[D]. 李钊华.清华大学 2015



本文编号：2944062