电化学改性石墨电极对钒和钛离子电对的电催化作用研究

发布时间：2017-09-22 03:16

  本文关键词：电化学改性石墨电极对钒和钛离子电对的电催化作用研究

  更多相关文章： 电化学改性石墨 电催化 氧化还原液流电池 钒 钛 赝电容

【摘要】：氧化还原液流电池(Redox Flow Battery)是一种新型的大规模高效储能装置,由于其具有循环寿命长、深度充电、设计灵活、维护简单等优点,成为最有潜力实现商业化应用的储能装置之一,受到了广泛的关注。电极作为氧化还原液流电池的关键材料之一,对电池的性能具有重要影响。目前氧化还原液流电池所用电极材料主要是炭电极,然而传统炭材料电极的电化学活性较差,制约了其广泛应用。本论文采用恒电流阶跃方法在2 mol/L HClO4溶液中对石墨电极进行电化学改性。通过循环伏安、电化学阻抗谱方法研究其电容性能和对V(V)/V(IV), V(Ⅲ)N(Ⅱ)和Ti(Ⅳ)/Ti(Ⅲ)的电催化性能,发现循环5次后的石墨电极具有最好的电容性能(比电容达到1.29 F/cm2)和电催化活性。对未改性石墨电极和循环5次的电化学改性石墨电极在钒和钛的硫酸溶液中进行电化学性能对比测试,研究电化学改性石墨电极对V(Ⅴ)/V(Ⅳ)、V(Ⅲ)/V(Ⅱ)和Ti(Ⅳ)/Ti(Ⅲ)的电催化作用,并对电催化机理进行探讨。研究表明,经过电化学改性之后的石墨电极上氧化还原反应表现出更好的可逆性,峰电流强度显著增强,峰电位差减小,电化学改性石墨电极对V(Ⅴ)/V(Ⅳ)、V(Ⅲ)/V(Ⅱ)和Ti(Ⅳ)/Ti(Ⅲ)具有明显的电催化作用,提出了受电位影响的电极表面含氧官能团电对与金属离子电对间的氧化还原反应的协同催化作用机理。处于较高极化电位下的羧基和羰基对氧化还原电位较正的V(Ⅴ)/V(Ⅳ)电对产生协同催化作用,而较低极化电位下的羟基和羰基对氧化还原电位较负的V(Ⅲ)/V(Ⅱ)和Ti(Ⅳ)/Ti(Ⅲ)电对产生协同催化作用。以循环5次的电化学改性石墨电极为工作电极,V(Ⅴ)/V(Ⅳ)和Ti(Ⅳ)/Ti(Ⅲ)为正、负极活性物质组装成电池进行充放电测试。经测试充放电性能良好,在10mA/cm2下恒流充放电,电压效率为90.91%,能量效率达到83.44%。
【关键词】：电化学改性石墨 电催化 氧化还原液流电池 钒 钛 赝电容
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 引言11-12
• 1.2 氧化还原液流电池的工作原理与特点12
• 1.3 氧化还原液流电池的发展12-16
• 1.3.1. 氧化还原液流电池的发展历史12-15
• 1.3.2 新型氧化还原液流电池的研究进展15-16
• 1.4. 氧化液流电池中炭材料的电催化性能16-21
• 1.4.1. 炭材料对Ti(Ⅳ)/Ti(Ⅲ)电对的电化学活性17
• 1.4.2. 炭材料对钒电对的电化学活性17-21
• 1.4.2.1. 表面官能团对钒电对的催化作用17-20
• 1.4.2.2. 金属基催化剂对钒电对的催化作用20-21
• 1.5 本文的选题背景、研究内容和创新点21-23
• 1.5.1 本文的研究意义21
• 1.5.2 本文的研究内容21-22
• 1.5.3 创新点22-23
• 第二章 不同循环次数电化学改性石墨电极的电容与电催化性能23-36
• 2.1 引言23-24
• 2.2 实验部分24-26
• 2.2.1 实验试剂与仪器24
• 2.2.2 不同循环次数电化学改性石墨电极的制备24-25
• 2.2.3 循环伏安测试25
• 2.2.4 电化学阻抗谱25-26
• 2.3 结果与讨论26-35
• 2.3.1 不同循环次数电化学改性石墨电极的电容性能26-28
• 2.3.2 不同循环次数电化学改性石墨电极对V(Ⅴ)/V(Ⅵ)和V(Ⅲ)/V(Ⅱ)的电催化性能28-33
• 2.3.3 不同循环次数电化学改性石墨电极对Ti(Ⅳ)/Ti(Ⅲ)的电催化性能33-35
• 2.4 本章小结35-36
• 第三章 电化学改性石墨电极对V(Ⅴ)/V(Ⅳ)和V(Ⅲ)/V(Ⅱ)的电催化作用36-43
• 3.1 引言36
• 3.2 实验部分36-37
• 3.3 结果与讨论37-42
• 3.3.1 电化学改性石墨电极对V(Ⅴ)/V(Ⅳ)的电催化作用37-40
• 3.3.2 电化学改性石墨电极对V(Ⅲ)/V(Ⅱ)的电催化作用40-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第四章 电化学改性石墨电极对Ti(Ⅳ)/Ti(Ⅲ)的电催化作用43-49
• 4.1 引言43
• 4.2 实验部分43-44
• 4.2.1 循环伏安测试43
• 4.2.2 交流阻抗测试43-44
• 4.3 结果与讨论44-48
• 4.3.1 循环伏安分析44-46
• 4.3.2 电化学阻抗谱分析46-48
• 4.4 本章小结48-49
• 第五章 含氧官能团对V(Ⅴ)/V(Ⅳ)、V(Ⅲ)/V(Ⅱ)和Ti(Ⅳ)/Ti(Ⅲ)反应的催化机制和V/Ti电池充放电测试49-56
• 5.1 引言49-50
• 5.2 实验部分50-52
• 5.2.1 实验试剂与仪器50
• 5.2.2 循环寿命测试50
• 5.2.3 恒电流充放电测试50-52
• 5.3 结果与讨论52-55
• 5.3.1 含氧官能团对V(Ⅴ)/V(Ⅳ)、V(Ⅲ)/V(Ⅱ)和Ti(Ⅳ)/Ti(Ⅲ)反应的催化机制探讨52-54
• 5.3.2 模拟电池充放电测试54-55
• 5.4 本章小结55-56
• 第六章 结论56-58
• 6.1 论文主要结论56-57
• 6.2 展望57-58
• 参考文献58-66
• 致谢66-67
• 个人简历67
• 发表的学术论文67

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;石墨电极的制造[J];电加工快报;1967年02期

2 ;石墨电极的机械成型[J];电加工;1975年05期

3 刘中秀;;石墨电极的机械成型[J];二汽科技通讯;1976年01期

4 ;石墨电极制造新工艺[J];机械工人技术资料;1976年06期

5 王永法;;修整石墨电极用的小工具[J];电加工;1977年02期

6 庄谱源;;石墨电极机械成型[J];机械工人冷加工技术资料;1978年09期

7 孙炳华;;石墨电极成型锉磨加工[J];机械工艺师;1986年05期

8 陈善元，，朱强;石墨电极加工设备改造的新思路[J];炭素技术;1999年03期

9 ;电火花机专用石墨电极[J];模具工业;2000年11期

10 章聪,曹海劳,叶德林;智能化大电流石墨电极电阻率测试[J];炭素;2000年03期

中国重要会议论文全文数据库 前8条

1 苏璇;;焦碳颗粒粒径大小对石墨电极生产的影响[A];颗粒学前沿问题研讨会——暨第九届全国颗粒制备与处理研讨会论文集[C];2009年

2 王成勇;秦哲;李文红;陈春林;;石墨电极的高速加工[A];特种加工技术——2001年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会论文集[C];2001年

3 王成勇;秦哲;李文红;陈春林;;石墨电极的高速加工[A];2001年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会论文集[C];2001年

4 彭元洪;;三相六根石墨电极在7500t／a和10000 t／a黄磷电炉装置的研究与应用[A];湖北省化学化工学会2006年年会暨循环经济专家论坛论文集[C];2006年

5 古宁宇;余佃宝;;石墨电极/电解质界面的嵌脱锂过程的研究[A];中国化学会第26届学术年会新能源与能源化学分会场论文集[C];2008年

6 任红军;;电火花石墨电极的特性研究及应用[A];2005年中国机械工程学会年会第11届全国特种加工学术会议专辑[C];2005年

7 任红军;;电火花石墨电极的特性研究及应用[A];2005年中国机械工程学会年会论文集第11届全国特种加工学术会议专辑[C];2005年

8 武云霞;王成勇;詹国彬;李文红;;石墨电极的电火花加工性能[A];第十届全国特种加工学术会议论文集[C];2003年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 步欣;墨西哥就石墨电极反倾销调查作出初裁[N];国际商报;2011年

2 记者 陈光;欧盟终止对我石墨电极反倾销调查[N];国际商报;2011年

3 魏双林;联冠石墨电极可替代进口[N];中国化工报;2014年

4 记者 方雪萍 郑洁;国际石墨电极市场将货紧价扬[N];中国冶金报;2005年

5 吴世锋;2006年石墨电极价格将走高[N];中国冶金报;2006年

6 陈国强;特大规格方石墨电极通过新产品鉴定[N];中国冶金报;2007年

7 田忠财;抚炭石墨电极畅销国际市场[N];抚顺日报;2007年

8 陈文;国产石墨电极平均制造成本最新指数发布[N];中国冶金报;2008年

9 中国炭素行业协会驻会副会长 陈国强;石墨电极:年内产需略呈降势高档产品价格趋升[N];中国冶金报;2009年

10 殷庆龙;石墨电极市场短期内将弱势盘整[N];中国冶金报;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 王西志;β-PbO_2镀层电极制备及其在电化学法检测水中COD应用[D];北京化工大学;2015年

2 周薇;电化学改性石墨电极对钒和钛离子电对的电催化作用研究[D];中国海洋大学;2015年

3 李文可;一种石墨电极缺损音频检测系统设计[D];吉林大学;2015年

4 蔡世军;天然石墨电极的成型性能与抗氧化研究[D];中国海洋大学;2008年

5 李佳;成膜添加剂对石墨电极性能改善的研究[D];中国矿业大学;2014年

6 张礼佑;石墨电极实时测量系统的设计与实现[D];湖南工业大学;2010年

7 李海涛;S公司石墨电极山东区域市场营销策略[D];西南交通大学;2012年

8 李树贵;冶金熔化过程中利用电极烧结废料增硅增碳的实验研究[D];吉林大学;2005年

9 谢丽丽;化学镀在钯复合膜制备及石墨电极修饰中的应用研究[D];天津大学;2013年

10 杨兴果;基于MCGS与CAN-bus的石墨电极生产过程参数监测网设计[D];湖南大学;2007年

本文编号：898468