全钒液流电池关键材料的研究

发布时间：2019-08-12 14:59

【摘要】：全钒氧化还原流体电池(VRB)是一种适用于大型静态储能的电化学装置,其具有储能容量和功率易调节,循环寿命长,循环效率高和安全性高的优点。最重要的是它的正负电解液采用单一金属离子,避免交叉污染。然而,VRB的实际应用仍然存在很多问题。VRB的发展主要受到三种关键材料影响,包括电极、隔膜和电解液。关于这三种关键材料性能的提升,电极方面我们应该选择合适的电极材料来提高电极的电化学反应活动,或者对已有电极材料进行改性；隔膜方面我们应该改善膜材料的选择性渗透性和延长循环寿命：电解液方面我们应该找到一个最经济和有效的方法来提高电解液的稳定性。这些研究能够提高VRB的能量密度和效率,加快其商业化进程。本文首先研究了V(Ⅲ)/V(Ⅳ)混合电解液制备和表征。选用V2O3与V2O5为原料(摩尔比1：1),加热溶解在4.5 M硫酸溶液中,获得VOSO4溶液；然后通过电解得到摩尔比1：1的V(Ⅲ)和V(Ⅳ)溶液,即V3.5+电解液；并采用滴定法、紫外-可见分光光度计测试和循环伏安测试表征制备的电解液。接着分别采用了氮元素掺杂活化法、氧化活化法和钒化合物活化法对石墨毡进行了改性处理。研究发现,经过明胶活化的石墨毡具有良好的电化学活性,而氨水则并没有明显的活化效果；氧化法处理的石墨毡在V(Ⅳ)/V(Ⅴ))电对上表现出良好的电化学活性；而钒化合物法处理的石墨毡在V(Ⅳ)/V(Ⅴ)电对和V(Ⅱ)/V(Ⅲ)电对上均表现出良好的电化学活性,尤其是V(Ⅱ)/V(Ⅲ)电对的表现。不仅如此,改性石墨毡的电化学活性随着钒化合物溶液浓度的增加而增加,与溶液温度的改变无关。最后考察钒电池充放电性能,将V(Ⅲ)/V(Ⅳ)混合电解液用于钒电池中,发现经过多次循环以后,电池的库伦效率和电压效率有所下降。改变钒电池充放电电流密度发现,随着电流密度的增加,电池的库伦效率逐渐增加,电压效率逐渐减小,能量效率则是先增加后减小。因此在电流密度28 mA/cm2(电流700 mA)的恒流充放电下,电池的库仑效率为85.92%,电压效率为94.66%,能量效率为80.93%,相对来说是电池最佳的性能状态。最后研究了不同电极对钒电池性能的影响,发现使用柠檬酸和V2O5溶液活化过的石墨毡,电池库伦效率有所提高,电压效率下降明显,能量效率也有所下降。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912

【参考文献】

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本文编号：2525783