铝空气电池电解液循环及热管理系统研究
发布时间：2021-08-01 07:48
铝空气电池作为金属空气电池的一种,除具有着比能量高、安全性好、绿色环保等优点外,还可以通过更换铝板进行“机械式充电”,同时铝的来源广泛、价格低廉,因此铝空气电池吸引了人们的大量关注,有着巨大的应用前景。然而铝空气电池存在着放电产物Al（OH）3在电池内部堆积和放电产生的热量无法及时排出的问题。放电产物的大量堆积会增加电池的内阻并降低电解液电导率,导致电池放电性能下降,同时也会对空气电极的寿命造成影响。而且铝空气电池在放电过程中会有严重的发热问题,热量如不及时排出,会造成电解液温度的快速升高,导致铝电极自腐蚀加速,同时带来一定的安全隐患。针对铝空气电池的放电产物处理问题,设计了一种基于反冲洗过滤的电解液循环过滤系统,该系统对铝空气电池的放电产物有着较强的分离能力。在16h的实际运行中,放电产物的去除率达到了85.3%,同时该系统还具有结构简单,易于维护的优点。聚丙烯酰胺作为絮凝剂加入电解液中可以使放电产物加速沉降,同时不会对铝空气电池正负极的放电性能造成影响,配合所设计的电解液循环过滤系统可以在电解液循环过程中及时分离放电产物,可以在很大程度上解决放电产物堆积的问题。对于铝空气电池发热量...
【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】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
铝空气电池工作原理[8]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-10-温度，由于相变材料易于填充的特点，该散热方式可有效保证电池均温性。然而相变材料的导热性通常较差，并且相变材料的加入会增加电池整体质量，导致比能量的降低。热管散热是一种利用相变过程进行传热的新型热管理方式。热管是一种高效的换热元件，其换热方式主要基于气液相变原理，其工作原理如图1-2所示。填充于热管内部的液体工质在蒸发段接触热源受热汽化并吸收热量，在微小的压差驱动下流向另一端，并在冷凝段液化放热并放出热量，完成热量的传递后，液化后的工质依靠毛细力沿多孔材料返回蒸发段，完成一次循环。热管由于利用相变原理进行传热，所以有着极高的导热能力，其等效导热系数可达到金属导热系数的100倍以上。图1-2热管工作原理[48]热管目前已被广泛应用于能源化工、航天航空、电子电力等领域[48]。在锂离子电池热管理领域，热管在散热/加热速率、电池组均温性方面均有较强优势。高温散热方面，相比于强制风冷，通过热管导热再进行风冷换热的方法可使电池温度降低20℃以上(20Ah方形电池，5C放电)[49]；在大电流充、放电等发热量较高的工况下，热管可以表现出更加卓越的传热性能。因此热管的应用有助于解决铝空气电池的散热问题。1.4主要研究内容碱性铝空气电池比能量高，价格低廉，绿色环保，有着很大的发展应用前景，然而现有的铝空气电池电解液循环和热管理系统存在着放电产物处理效率较低和散热效果较差的问题。为了解决铝空气电池放电产物堆积和电堆发热问题，本文进行了以下研究：(1)针对放电产物堆积问题，研究了合适的絮凝剂使Al(OH)3颗粒加速沉降，同时设计了一种基于反冲洗过滤的电解液循环过滤系统，将铝空气电池
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-13-2.2铝空气电池电解液制备实验所使用的铝空气电池电解液主要组成成分为NaOH和Na2SnO3，其中Na2SnO3作为添加剂主要作用是降低铝负极的析氢腐蚀速率。NaOH和Na2SnO3的浓度分别为4mol·L-1和0.06mol·L-1。电解液制备过程如下：在一定量的去离子水中依次加入配方量的NaOH和Na2SnO3，搅拌使其充分溶解，即得。2.3空气电极的制备将30gAgNO3、10g乙炔黑和20g活性炭分散于1L水中，搅拌30min使其充分混合，之后加入30ml氨水以营造适合还原反应的环境。将溶液加热至70℃并保温30min，之后加入20ml水合肼使AgNO3发生还原反应，关闭加热并继续搅拌1h，反应结束后对溶液进行抽滤、烘干得到催化剂。将制备好的催化剂称量后加入去离子水中，按适当比例加入PTFE乳液，充分搅拌使其混合均匀，抽滤后放入烘箱干燥。充分干燥后，使用辊压机将其热压成催化层。最后使用箱式炉对压制后的催化层在290℃下高温处理2h。将制备好的催化层与扩散层、防水透气膜、镍金属网在高温下热压制成空气电极，空气电极制备完成。2.4电化学测试方法本文的电化学测试主要通过三电极体系进行，三电极体系工作原理如图2-1所示。图2-1三电极体系工作原理[30]
【参考文献】：
期刊论文
[1]铝空气电池研究进展[J]. 阙奕鹏,齐敏杰,史鹏飞. 电池工业. 2019(03)
[2]铝空气电池系统设计及放电特性研究[J]. 柯浪,胡广来,冯育俊,徐俊毅,和晓才. 电源技术. 2019(02)
[3]基于热管技术的动力电池热管理系统研究现状及展望[J]. 丹聃,姚程宁,张扬军,钱煜平,诸葛伟林. 科学通报. 2019(07)
[4]铝空气电池堆的液流短路电流测量和计算[J]. 冯育俊,汪云华,柯浪,徐俊毅,田程. 电源技术. 2019(01)
[5]铝-空气电池的研究进展[J]. 宋时莉,李黎明,魏海兴. 电源技术. 2018(09)
[6]L-半胱氨酸/ZnO缓蚀剂对3102铝合金在碱性溶液中电化学性能的影响[J]. 马景灵,通帅,任凤章,王广欣,李亚琼,文九巴. 中国腐蚀与防护学报. 2018(04)
[7]铝空气电池阳极材料的研制[J]. 黄宇芬,侯玙杰,陈思宇,李金禹,叶远贵,孙苗,李东平. 化学工程师. 2017(09)
[8]铝空气电池在装备领域的应用现状及前景[J]. 余琼,林瀚刚,周静,马兰,黄敬晖,张延松,李明利. 兵器材料科学与工程. 2017(04)
[9]一种新型铝/聚苯胺空气柔性电池[J]. 蓝昌华,赵志佳,司士辉. 广州化学. 2017(02)
[10]铝空气电池用电解质的研究进展[J]. 张笑盈,和晓才,李富宇,谢刚. 云南冶金. 2016(05)
博士论文
[1]全固态聚合物铝空气电池研究[D]. 张昭.吉林大学 2014
[2]铝在碱性介质中的腐蚀与电化学行为[D]. 王俊波.浙江大学 2009
硕士论文
[1]铝空气电池电解液添加剂的研究[D]. 许超.哈尔滨工业大学 2018
[2]铝空气电池电解液和循环系统的研究[D]. 朱明华.哈尔滨工业大学 2017
[3]铝—空气电池电解质及产物研究[D]. 聂玉娟.青岛科技大学 2017
[4]铝在KOH甲醇—水溶液中的腐蚀与电化学行为研究[D]. 曾晓旭.浙江大学 2010
[5]铝－水电化学制氢体系的研究[D]. 李克锋.天津大学 2004
本文编号：3315107
【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】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
铝空气电池工作原理[8]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-10-温度，由于相变材料易于填充的特点，该散热方式可有效保证电池均温性。然而相变材料的导热性通常较差，并且相变材料的加入会增加电池整体质量，导致比能量的降低。热管散热是一种利用相变过程进行传热的新型热管理方式。热管是一种高效的换热元件，其换热方式主要基于气液相变原理，其工作原理如图1-2所示。填充于热管内部的液体工质在蒸发段接触热源受热汽化并吸收热量，在微小的压差驱动下流向另一端，并在冷凝段液化放热并放出热量，完成热量的传递后，液化后的工质依靠毛细力沿多孔材料返回蒸发段，完成一次循环。热管由于利用相变原理进行传热，所以有着极高的导热能力，其等效导热系数可达到金属导热系数的100倍以上。图1-2热管工作原理[48]热管目前已被广泛应用于能源化工、航天航空、电子电力等领域[48]。在锂离子电池热管理领域，热管在散热/加热速率、电池组均温性方面均有较强优势。高温散热方面，相比于强制风冷，通过热管导热再进行风冷换热的方法可使电池温度降低20℃以上(20Ah方形电池，5C放电)[49]；在大电流充、放电等发热量较高的工况下，热管可以表现出更加卓越的传热性能。因此热管的应用有助于解决铝空气电池的散热问题。1.4主要研究内容碱性铝空气电池比能量高，价格低廉，绿色环保，有着很大的发展应用前景，然而现有的铝空气电池电解液循环和热管理系统存在着放电产物处理效率较低和散热效果较差的问题。为了解决铝空气电池放电产物堆积和电堆发热问题，本文进行了以下研究：(1)针对放电产物堆积问题，研究了合适的絮凝剂使Al(OH)3颗粒加速沉降，同时设计了一种基于反冲洗过滤的电解液循环过滤系统，将铝空气电池
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-13-2.2铝空气电池电解液制备实验所使用的铝空气电池电解液主要组成成分为NaOH和Na2SnO3，其中Na2SnO3作为添加剂主要作用是降低铝负极的析氢腐蚀速率。NaOH和Na2SnO3的浓度分别为4mol·L-1和0.06mol·L-1。电解液制备过程如下：在一定量的去离子水中依次加入配方量的NaOH和Na2SnO3，搅拌使其充分溶解，即得。2.3空气电极的制备将30gAgNO3、10g乙炔黑和20g活性炭分散于1L水中，搅拌30min使其充分混合，之后加入30ml氨水以营造适合还原反应的环境。将溶液加热至70℃并保温30min，之后加入20ml水合肼使AgNO3发生还原反应，关闭加热并继续搅拌1h，反应结束后对溶液进行抽滤、烘干得到催化剂。将制备好的催化剂称量后加入去离子水中，按适当比例加入PTFE乳液，充分搅拌使其混合均匀，抽滤后放入烘箱干燥。充分干燥后，使用辊压机将其热压成催化层。最后使用箱式炉对压制后的催化层在290℃下高温处理2h。将制备好的催化层与扩散层、防水透气膜、镍金属网在高温下热压制成空气电极，空气电极制备完成。2.4电化学测试方法本文的电化学测试主要通过三电极体系进行，三电极体系工作原理如图2-1所示。图2-1三电极体系工作原理[30]
【参考文献】：
期刊论文
[1]铝空气电池研究进展[J]. 阙奕鹏,齐敏杰,史鹏飞. 电池工业. 2019(03)
[2]铝空气电池系统设计及放电特性研究[J]. 柯浪,胡广来,冯育俊,徐俊毅,和晓才. 电源技术. 2019(02)
[3]基于热管技术的动力电池热管理系统研究现状及展望[J]. 丹聃,姚程宁,张扬军,钱煜平,诸葛伟林. 科学通报. 2019(07)
[4]铝空气电池堆的液流短路电流测量和计算[J]. 冯育俊,汪云华,柯浪,徐俊毅,田程. 电源技术. 2019(01)
[5]铝-空气电池的研究进展[J]. 宋时莉,李黎明,魏海兴. 电源技术. 2018(09)
[6]L-半胱氨酸/ZnO缓蚀剂对3102铝合金在碱性溶液中电化学性能的影响[J]. 马景灵,通帅,任凤章,王广欣,李亚琼,文九巴. 中国腐蚀与防护学报. 2018(04)
[7]铝空气电池阳极材料的研制[J]. 黄宇芬,侯玙杰,陈思宇,李金禹,叶远贵,孙苗,李东平. 化学工程师. 2017(09)
[8]铝空气电池在装备领域的应用现状及前景[J]. 余琼,林瀚刚,周静,马兰,黄敬晖,张延松,李明利. 兵器材料科学与工程. 2017(04)
[9]一种新型铝/聚苯胺空气柔性电池[J]. 蓝昌华,赵志佳,司士辉. 广州化学. 2017(02)
[10]铝空气电池用电解质的研究进展[J]. 张笑盈,和晓才,李富宇,谢刚. 云南冶金. 2016(05)
博士论文
[1]全固态聚合物铝空气电池研究[D]. 张昭.吉林大学 2014
[2]铝在碱性介质中的腐蚀与电化学行为[D]. 王俊波.浙江大学 2009
硕士论文
[1]铝空气电池电解液添加剂的研究[D]. 许超.哈尔滨工业大学 2018
[2]铝空气电池电解液和循环系统的研究[D]. 朱明华.哈尔滨工业大学 2017
[3]铝—空气电池电解质及产物研究[D]. 聂玉娟.青岛科技大学 2017
[4]铝在KOH甲醇—水溶液中的腐蚀与电化学行为研究[D]. 曾晓旭.浙江大学 2010
[5]铝－水电化学制氢体系的研究[D]. 李克锋.天津大学 2004
本文编号：3315107
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