用于全钒液流电池的PAN纳孔膜的制备及改性

发布时间：2017-06-20 15:09

  本文关键词：用于全钒液流电池的PAN纳孔膜的制备及改性，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：全钒氧化还原液流电池(All Vanadium Redox Flow Battery, VRB)是一种大规模的高效的电化学储能技术,具有启动速度快；能量效率高；使用寿命长；系统设计灵活；维护简单,运营成本低；安全环保等优势。质子传导膜是全钒液流电池的关键组件,纳孔膜近年来刚被引入全钒液流电池,它通过筛分机理作用,具有很好的离子选择性。本文以聚丙烯腈(PAN)为膜材料制备用于全钒液流电池的纳孔膜,由于此制备方法步骤多,因此本文主要考察制备过程中一些重要因素对膜的物化性质及电化学性能的影响,并对纳孔膜进行改性以降低膜电阻。在不同热处理温度下制备出纳孔膜,系统考察了热处理温度对膜的机械性能、吸水率、面电阻、钒渗透以及充放电性能的影响,发现随着热处理温度升高膜的机械性能越来越好,吸水率和钒渗透率都有所下降。在130℃C下热处理的膜面电阻最低,综合电池效率最好。分别研究了热处理时间和水解时间对膜结构和电池性能的影响,发现随着热处理时间增加,膜的机械性能和阻钒能力都随之提高,热处理时间7min的膜面电阻最低。水解过程中只有少量氰基参与反应,水解前期膜电阻变化不大,但时间达到24h会使膜电阻明显增大,水解5h的膜在低电流密度下的电池性能最佳。用沉淀法在纳孔膜表面生成一层磷酸锆(Zirconium Phosphate, ZrP),考察ZrP/PAN复合膜的热稳定性及不同ZrP的量对改性膜结构和性能的影响。热重结果显示改性膜最快失重温度有所下降但保持在400℃以上,改性膜热稳定性较好。最快失重温度与改性量关系不大,但ZrP越多,最快失重速率越大。充放电结果显示,ZrOCl2浓度为0.15mol/L时膜的综合电池效率最佳,能量效率比未改性纳孔膜高6%,而库伦效率依然维持在97%以上。经过20个循环后,电池效率基本保持不变,表明改性膜具有较好的长期稳定性。
【关键词】：全钒液流电池 质子传导膜 纳孔膜 热处理 磷酸锆
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 引言10-11
• 1 文献综述11-21
• 1.1 全钒液流电池11-15
• 1.1.1 液流电池简介11
• 1.1.2 全钒液流电池的结构及特点11-13
• 1.1.3 全钒液流电池的发展13-14
• 1.1.4 全钒液流电池关键组件14-15
• 1.2 全钒液流电池隔膜15-19
• 1.2.1 全氟离子膜16-17
• 1.2.2 非氟/含氟离子膜17-18
• 1.2.3 纳米孔径的多孔膜18-19
• 1.3 选题意义及研究内容19-21
• 2 纳孔膜的制备及性能21-43
• 2.1 热处理温度对纳孔膜性能的影响21-34
• 2.1.1 实验药品及仪器21-22
• 2.1.2 微孔膜的制备22
• 2.1.3 不同热处理温度纳孔膜的制备22-23
• 2.1.4 不同热处理温度纳孔膜的表征23-25
• 2.1.5 热处理温度对纳孔膜结构形貌的影响25-27
• 2.1.6 机械强度随热处理温度的变化27-28
• 2.1.7 纳孔膜吸水率受热处理温度的影响28-29
• 2.1.8 热处理温度对纳孔膜面电阻的影响29
• 2.1.9 热处理温度对纳孔膜钒渗透率的影响29-30
• 2.1.10 热处理温度对纳孔膜充放电性能的影响30-32
• 2.1.11 小结32-34
• 2.2 热处理时间对纳孔膜性能的影响34-39
• 2.2.1 实验药品及仪器34-35
• 2.2.2 不同热处理时间纳孔膜的制备35
• 2.2.3 不同热处理时间纳孔膜的表征35
• 2.2.4 热处理时间对纳孔膜结构形貌的影响35-36
• 2.2.5 机械强度随热处理时间的变化36-37
• 2.2.6 不同热处理时间的纳孔膜的面电阻37
• 2.2.7 钒渗透率随热处理时间的变化37-38
• 2.2.8 小结38-39
• 2.3 水解时间对纳孔膜性能的影响39-43
• 2.3.1 不同水解时间纳孔膜的制备39
• 2.3.2 不同水解时间纳孔膜的表征39
• 2.3.3 水解时间对纳孔膜面电阻的影响39-40
• 2.3.4 不同水解时间纳孔膜的红外表征40
• 2.3.5 水解时间对纳孔膜充放电性能的影响40-42
• 2.3.6 小结42-43
• 3 纳孔膜的改性及性能研究43-55
• 3.1 实验部分43-44
• 3.1.1 实验药品及仪器43
• 3.1.2 改性纳孔膜的制备43-44
• 3.1.3 改性纳孔膜的表征及性能测试44
• 3.2 磷酸锆的性质44-46
• 3.2.1 磷酸锆的水热合成44-45
• 3.2.2 磷酸锆的表征45-46
• 3.2.3 磷酸锆的剥离46
• 3.3 结果与讨论46-53
• 3.3.1 改性纳孔膜的结构形貌46-48
• 3.3.2 改性对热稳定性的影响48-49
• 3.3.3 改性对纳孔膜面电阻的影响49
• 3.3.4 钒渗透率随改性量的变化49-50
• 3.3.5 改性纳孔膜的充放电性能50-53
• 3.3.6 改性纳孔膜的循环充放电性能53
• 3.4 本章小结53-55
• 结论55-56
• 创新点及展望56-57
• 参考文献57-62
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况62-63
• 致谢63-64

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