SPEEK/GO系列质子交换膜的制备及钒电池应用

发布时间：2021-10-17 11:48

　　传统能源的短缺以及使用过程中引发的一系列环境问题日益严重,迫使人们开展对可再生能源太阳能、风能等开发和利用。这些新能源在使用过程中由于其不稳定和不连续等因素需要配备储能装置,与其他储能装置相比较,全钒氧化还原液流电池由于具有寿命长、充放电速率快、能量效率高以及成本价廉等优势成为最具有发展潜力的储能设备之一。隔膜作为钒电池的核心部件其性能和价格一直是制约着电池发展的关键因素。本文旨在开发系列功能化氧化石墨烯／磺化聚醚醚酮离子交换膜,并对其电池性能开展相关研究。聚醚醚酮与98%硫酸反应制备磺化聚醚醚酮（SPEEK）,之后与氧化石墨烯（GO）制备共混膜。调控GO的含量获得一系列S/GO质子交换膜,并且测试其相关电池性能：含水量（WU）、离子交换容量（IEC）、质子电导率、钒离子渗透率、热稳定性、耐氧化性、力学性能和电池效率等。结果表明随着GO量的增加WU和IEC逐渐降低,S/GO隔膜具有良好的力学性能、化学稳定性和阻钒性能。共混膜GO含量为2% （S/GO-2）装入电池运行获得较高的电池效率,能量效率（EE）为80%,比Nafion115提高了9%,100次充放电循环中表现出良好的稳定性。实... 

【文章来源】：天津工业大学天津市

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 全钒氧化还原液流电池
        1.2.1 全钒液流电池的工作原理
        1.2.2 全钒液流电池的结构组成
        1.2.3 全钒液流电池的应用
        1.2.4 全钒液流电池的研究进展
    1.3 全钒液流电池隔膜
        1.3.1 基于Nafion膜改性的研究
        1.3.2 非氟系列隔膜的研究
    1.4 氧化石墨烯简介
    1.5 本论文的选题意义和研究内容
        1.5.1 本论文的选题意义
        1.5.2 本论文研究内容
第二章 实验材料与方法
    2.1 实验试剂与仪器
        2.1.1 实验试剂
        2.1.2 实验仪器
    2.2 实验分析项目
        2.2.1 结构与性能表征
        2.2.2 膜结构与性能表征
第三章 钒电池用GO与SPEEK共混膜的制备与性能表征
    3.1 SPEEK的制备
    3.2 SPEEK/GO共混膜的制备
    3.3 SPEEK/GO共混膜的电池性能
        3.3.1 共混膜与Nafion115隔膜的处理
        3.3.2 电极预处理
        3.3.3 集流体预处理
        3.3.4 电解液的制备
    3.4 NMR测试SPEEK的磺化度
    3.5 SPEEK/GO共混膜性能测试结果与讨论
        3.5.1 FT-IR分析
        3.5.2 TG分析
        3.5.3 TEM/SEM表征
        3.5.4 含水量(WU)与IEC
        3.5.5 钒离子渗透率
        3.5.6 质子电导率与离子选择性
        3.5.7 力学性能
        3.5.8 氧化稳定性
        3.5.9 单电池性能测试
    3.6 本章小结
第四章 磺酸基修饰GO与SPEEK共混膜的制备与性能表征
    4.1 磺化氧化石墨烯(SGO)的制备
    4.2 SPEEK/SGO共混膜的制备
    4.3 SGO的结构表征FT-IR
    4.4 SPEEK/SGO共混膜的性能测试结果与讨论
        4.4.1 TG分析
        4.4.2 SEM分析
        4.4.3 含水量(WU)与离子交换容量(IEC)
        4.4.4 质子电导率与离子选择性
        4.4.5 钒离子渗透率
        4.4.6 力学性能
        4.4.7 氧化稳定性
        4.4.8 电池性能
    4.5 本章小结
第五章 氨基修饰GO与SPEEK共混膜的制备与性能表征
    5.1 GO-NH_2的制备
    5.2 SPEEK与GO-NH_2共混膜的制备
    5.3 GO-NH_2的结构表征
        5.3.1 GO-NH_2的FTIR表征
        5.3.2 GO-NH_2的XPS表征
    5.4 SPEEK/GO-NH_2共混膜的性能测试结果与讨论
        5.4.1 TG
        5.4.2 SEM
        5.4.3 含水量(WU)与IEC
        5.4.4 质子电导率与离子选择性
        5.4.5 钒离子渗透率
        5.4.6 拉伸测试
        5.4.7 氧化性测试
        5.4.8 单电池性能
    5.5 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]全钒液流电池用磺化聚醚醚酮隔膜的制备及性能研究[J]. 丁跃,王丽华,韩旭彤.  高分子学报. 2013(12)
[2]全钒液流电池隔膜的制备与性能[J]. 汪南方,刘素琴.  化学进展. 2013(01)
[3]氨基改性氧化石墨烯及其与环氧树脂的复合[J]. 沙金,谢林生,马玉录,董树梅,王艳允.  中国塑料. 2011(08)
[4]全钒液流电池离子交换膜的研究进展[J]. 陈栋阳,王拴紧,肖敏,孟跃中.  高分子材料科学与工程. 2009(04)
[5]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)
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[7]电解液流动方式对全钒液流电池性能的影响[J]. 朱顺泉,陈金庆,王保国.  电池. 2007(03)
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本文编号：3441713