高能可充熔盐Fe-空气电池体系构建与性能研究

发布时间：2017-09-13 10:10

  本文关键词：高能可充熔盐Fe-空气电池体系构建与性能研究

  更多相关文章： Fe-空气电池 熔盐电解质 空气阴极 铁阳极

【摘要】：可充熔盐铁空气电池是一种新型电化学蓄电储能装置,具有能量密度高、安全、成本低、无污染等特点,在智能电网、电动汽车领域具有广阔应用前景。本文以电解质为突破口,设计构建可充电Fe-空气电池的电解质新体系,采用XRD、TG/DTA、GC及化学分析方法研究充电过程中间产物和最终产物,探索了电池工作原理,通过优化电解质组成、改进电极设计和优化电池运行参数等方法调控电池性能,为电池的进一步开发奠定基础。通过对四种中低温熔盐电解质体系的研究发现,以11.5mol%KCl-45mol%LiCl-43.5mol%LiOH共熔物熔盐为电解质,添加NaOH和Fe_2O_3,采用镍基空气阴极和铁阳极的可充熔盐Fe-空气电池运行温度比课题组以前研究的电池降低了230°C,在500°C下,以0.05A恒电流充电,采用100Ω负载恒电阻放电至截止电压0.7V,该电池稳定运行60个循环,平均充电电压约为1.21 V,平均放电电压在1.04 V左右。依据微观分析表征结果证明了电池反应为:1/2Fe_2O_3(?)Fe+3/4O_2。电解质组成、温度对电池性能具有较大影响,电解质中LiOH促进了空气阴极上NiO催化剂的形成,适宜的NaOH和Fe_2O_3浓度分别为3m和0.5m,在电解质中添加BaCO_3可以抑制空气阴极的腐蚀,降低运行温度电池库仑效率明显下降。通过增加空气阴极面积调控电池的性能,空气阴极高度为2.0cm时电池库仑效率可达85.2%。充电时间对电池性能影响不大,但放电电阻对电池性能具有显著影响,当电池采用小电阻(大电流)放电时,库仑效率明显下降,表明该电池倍率性能还有待提高。
【关键词】：Fe-空气电池 熔盐电解质 空气阴极 铁阳极
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM911.41
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 创新点摘要6-9
• 前言9-10
• 第一章 文献综述10-17
• 1.1 金属空气电池研究现状10-14
• 1.1.1 金属空气电池结构及工作原理10-11
• 1.1.2 铝空气电池11-12
• 1.1.3 镁空气电池12-13
• 1.1.4 锌空气电池13
• 1.1.5 锂空气电池13-14
• 1.2 Fe-空气电池14-16
• 1.2.1 Fe-空气电池研究现状14-15
• 1.2.2 可充熔盐Fe-空气电池15-16
• 1.3 本论文选题意义及研究内容16-17
• 第二章 实验部分17-21
• 2.1 实验药品和仪器17-18
• 2.1.1 实验药品17
• 2.1.2 实验仪器17-18
• 2.2 泡沫镍负载催化剂空气阴极的制备18
• 2.3 电池性能测试方法18-20
• 2.3.1 实验装置18-19
• 2.3.2 极化曲线的测定19-20
• 2.4 电池材料表征20
• 2.4.1 X射线衍射(XRD)20
• 2.4.2 热重分析（TG）20
• 2.5 电池充电气相产物中氧气含量分析20-21
• 第三章 可充熔盐Fe-空气电池体系的构建21-30
• 3.1 NaOH-KOH电解质体系21-22
• 3.2 Li_2CO_3-Na_2CO_3-K_2CO_3电解质体系22-24
• 3.3 KCl-LiCl-Li_2CO-3电解质体系24-25
• 3.4 KCl-LiCl-LiOH电解质体系25-28
• 3.5 本章小结28-30
• 第四章 熔盐Fe-空气电池电化学机理研究30-34
• 4.1 恒电流充电下Fe_2O_3的电化学还原30-31
• 4.2 充电产物XRD表征31
• 4.3 Fe_2O-3与熔融NaOH反应研究31-33
• 4.4 电池充电/放电电化学机理33
• 4.5 本章小结33-34
• 第五章 熔盐Fe-空气电池充放电性能优化34-47
• 5.1 电解质组成对电池充放电性能的影响34-37
• 5.1.1 碱种类对电池充放电性能的影响34-35
• 5.1.2 NaOH浓度对电池充放电性能的影响35-36
• 5.1.3 Fe_2O_3浓度对电池充放电性能的影响36-37
• 5.2 温度对电池充放电性能的影响37-38
• 5.3 空气阴极对电池充放电性能的影响38-41
• 5.3.1 泡沫镍基气体扩散空气阴极对电池性能的影响38-40
• 5.3.2 镍片空气阴极高度对电池性能影响40-41
• 5.4 添加BaCO_3对空气阴极腐蚀性的影响41-43
• 5.5 充放电条件对电池充放电性能的影响43-45
• 5.5.1 充电时间对电池性能的影响43-44
• 5.5.2 放电电阻对电池性能的影响44-45
• 5.6 本章小结45-47
• 结论47-48
• 参考文献48-52
• 发表文章目录52-53
• 致谢53-54

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