全钒液流电池用磺化聚酰亚胺/无机物复合质子导电膜

发布时间：2021-08-02 11:42

　　全钒氧化还原液流电池（All vanadium redox flow battery,简称:VRFB）是一种新型绿色的二次电池。与其它氧化还原液流电池如锌/溴电池、钠/硫电池及铅酸电池相比,VRFB具有容量和功率可调、大电流无损深度放电、使用寿命长、易操作和维护等优点。因此,VRFB可应用于调峰电源系统、大规模光电转换系统、应急电源系统、电动汽车电源等方面。迄今为止,VRFB仍然处于商业化应用的初级阶段,隔膜材料是限制其大规模开发的瓶颈之一。目前,VRFB中广泛使用的隔膜是美国杜邦公司生产的化学稳定性好、质子传导率高的Nafion系列膜;但是Nafion系列膜昂贵的价格以及较高的钒渗透、水迁移又限制了其大规模的商业化应用。因此,开发新型非氟质子导电膜对于降低膜的成本、减少钒渗透,尽可能提高电池的综合性价比具有十分重要的研究意义和商业价值。磺化聚酰亚胺（Sulfonated Polyimide,简称:SPI）具备良好的质子电导率、易成膜性、热稳定性和价格合理等优点,将其应用于VRFB中,有望成为Nafion膜的替代膜。然而,由于VRFB中正极电解液具有较强的氧化性和酸性,未优化的纯的SP... 

【文章来源】：西南科技大学四川省

【文章页数】：109 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 全钒氧化还原液流电池
        1.2.1 全钒氧化还原液流电池的工作原理
        1.2.2 全钒氧化还原液流电池的特点
        1.2.3 全钒氧化还原液流电池的应用
        1.2.4 全钒氧化还原液流电池的研究现状
    1.3 全钒氧化还原液流电池的关键材料
        1.3.1 电极材料
        1.3.2 电解液
        1.3.3 隔膜材料
    1.4 本课题研究意义、目的及主要内容
2 实验部分
    2.1 实验试剂和材料
    2.2 实验仪器和装置
    2.3 膜的制备
        2.3.1 SPI的 合成
        2.3.2 SPI/TiO_2膜 的制备
        2.3.3 SPI/AlOOH膜 的制备
        2.3.4 SPI/ZrO_2膜 的制备
        2.3.5 SPI/s-MoS_2膜 的制备
        2.3.6 含不同非磺化二胺单体的SPI膜 的制备
    2.4 膜的表征
        2.4.1 FT-IR测 试
        2.4.2 热性能测试
        2.4.3 形貌和元素分析
        2.4.4 XRD的 测定
        2.4.5 含水量及溶胀率测定
        2.4.6 离子交换容量测定
        2.4.7 质子传导率测定
        2.4.8 钒离子渗透测定
        2.4.9 机械性能测试
        2.4.10 氧 化稳定性测试
        2.4.11 VRB测 试
3 SPI/TiO_2复 合质子导电膜
    3.1 结果与讨论
        3.1.1 SEM-EDS分 析
        3.1.2 SPI/TiO_2复 合膜的XRD分 析
        3.1.3 SPI/TiO_2复 合膜的热性能
        3.1.4 膜的物理化学性质
        3.1.5 全钒液流单电池性能
    3.2 本章小结
4 SPI/AlOOH复 合质子导电膜
    4.1 结果与讨论
        4.1.1 SEM-EDS分 析
        4.1.2 XRD分 析
        4.1.3 FT-IR分 析
        4.1.4 热性能分析
        4.1.5 膜的物理化学性能
        4.1.6 全钒液流单电池性能
    4.2 本章小结
5 SPI/ZrO_2复 合质子导电膜
    5.1 结果与讨论
        5.1.1 AFM分 析
        5.1.2 XRD分 析
        5.1.3 膜的物理化学性能
        5.1.4 钒电池性能
    5.2 本章小结
6 SPI/s-MoS_2复 合质子导电膜
    6.1 磺化二硫化钼 （ s-MoS_2） 的制备
    6.2 结果与讨论
        6.2.1 FT-IR分 析
        6.2.2 SEM-EDS分 析
        6.2.3 SPI/s-MoS_2复 合膜的XRD分 析
        6.2.4 热性能分析
        6.2.5 氧化稳定性分析
        6.2.6 膜的物理化学性能
        6.2.7 膜的质子传导率 ， VO_2 +渗 透和质子选择性
        6.2.8 VRFB性 能
    6.3 本章小结
7 含不同非磺化二胺单体的SPI膜
    7.1 结果与讨论
        7.1.1 FT-IR分 析
        7.1.2 数码照片和SEM分 析
        7.1.3 膜的热稳定性、化学稳定性和机械性能
        7.1.4 膜的物理化学性能
        7.1.5 膜的钒电池性能
    7.2 本章小结
全文结论
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]储能与液流电池技术[J]. 张华民.  储能科学与技术. 2012(01)
[2]磺化聚酰亚胺/SiO2复合膜的制备及其质子交换性能研究[J]. 高春晖,王太鹏,武德珍,杨士勇,范琳.  化工新型材料. 2012(02)
[3]磺化聚醚砜/薄水铝石复合质子交换膜的性能[J]. 文胜,龚春丽,蔡芳昌,叶正涛.  物理化学学报. 2011(08)
[4]磺化聚酰亚胺的合成及其膜性能研究[J]. 金朝辉,高华晶,王兆花,孙重洋.  化工时刊. 2010(12)
[5]全钒氧化还原液流电池隔膜[J]. 张亚萍,陈艳,周元林,何平.  化学进展. 2010(Z1)
[6]聚酰亚胺膜的应用研究进展[J]. 颜善银,陈文求,杨小进,陈川,徐祖顺,易昌凤.  化工新型材料. 2009(09)
[7]添加剂对全钒液流电池电解液的影响[J]. 梁艳,何平,于婷婷,杨定明,蒋琪英,戴亚堂.  西南科技大学学报. 2008(02)
[8]全钒电池组的充放电性能[J]. 陈茂斌,孟凡明,李晓兵,张胜涛,刘联,刘效疆.  电源技术. 2008(04)
[9]钒流电池的应用前景和关键材料[J]. 费国平,赵炯心.  能源研究与信息. 2008(01)
[10]全钒液流电池正极电解液的研究进展[J]. 毛凌波,张仁元,陈枭.  电池工业. 2007(05)

博士论文
[1]钒氧化还原液流电池研究[D]. 罗冬梅.东北大学 2005

硕士论文
[1]全钒液流电池高性能稳定电解液的研究[D]. 吴雪文.中南大学 2010
[2]全钒液流电池钒电解液及电极材料研究[D]. 李林德.昆明理工大学 2006



本文编号：3317501