钒电池隔膜的改性

发布时间：2017-09-25 02:26

  本文关键词：钒电池隔膜的改性

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【摘要】：随着煤、石油、天然气等化石能源的枯竭,能源危机越来越严重,而且大量使用化石能源带来了一系列的环境和社会问题。这些问题迫使人们去开发清洁、可再生的新能源,如太阳能、风能、潮汐能、地热能、核能、生物质能等。但是,太阳能,风能,潮汐能等具有间断性,为保证能量的连续供应,需要与储能设备联用。全钒氧化还原液流电池(VRB)是一种适合大规模静态储能、安全环保、设计灵活、可深度放电、低成本的储能系统,能够与电厂、电网、电力应急系统联用,到达削峰填谷、稳定供能的效果。但是钒电池隔膜的成本与性能的矛盾,阻碍了其大规模商业化应用。本文围绕制备低成本、高离子导电率、高离子选择性、寿命长的离子交换膜展开研究,主要内容如下：利用Nafion212废膜制备PE-Nafion复合膜,由于PE具有疏水性,与重铸Nafion膜相比,复合膜的电阻略高；而由于孔的减小,使得复合膜具有更高的离子选择性和较低的钒离子渗透率。实验表明,在20 mA cm-2以下的电流密度下,其比重铸Nafion更适合于钒电池。利用Nafion212废膜与聚丙烯腈制备PAN/Nafion复合膜,该膜性能良好,成本较低。在20 mA cm-2和30 mA cm-2下的电流密度下充放电数据表明,与重铸Nafion膜相比复合膜具有较高的库伦效率、能量效率。固体钒电池分别采用(VO2)2SO4/VOSO4和VSO4/V2(SO4)3固体作为正极和负极电解质,是一种新型储能电池。离子交换膜是其重要的组件。本文对Nafion 1135、Neosepta CMX C-1000和Selemion APS等3种离子交换膜作为固体钒电池的隔膜进行了研究。结果表明,在小电流密度下,Selemion APS膜组装电池的库伦效率、电压效率和能量效率都优于Nafion 1135膜,呈现出较好的电化学性能。而由于CMX C-1000的电压效率较小,仅适合在充放电电流密度10 mA·cm-2以下使用。
【关键词】：全钒液流电池 固体钒电池 离子交换膜 改性
【学位授予单位】：湖南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ425.236;TM912
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 第一章 绪论12-34
• 1.1 引言12-14
• 1.2 全钒氧化还原液流电池14-20
• 1.2.1 全钒氧化还原液流电池结构及工作原理14-15
• 1.2.2 全钒液流电池的特点15
• 1.2.3 全钒氧化还原液流电池关键技术15-18
• 1.2.3.1 电堆技术15-17
• 1.2.3.2 电解液技术17
• 1.2.3.3 组装和控制系统技术17-18
• 1.2.4 全钒氧化还原液流电池的发展史18-20
• 1.3 全钒液流电池用离子交换膜的研究进展20-29
• 1.3.1 含氟膜20-23
• 1.3.1.1 全氟膜22
• 1.3.1.2 部分含氟膜22-23
• 1.3.2 非氟膜23-26
• 1.3.2.1 聚芳香醚类离子交换膜25-26
• 1.3.2.2 其他膜材料26
• 1.3.3 改性膜26-29
• 1.3.3.1 加入无机粒子26-28
• 1.3.3.2 磺化和季胺化28
• 1.3.3.3 交联与共聚28-29
• 1.4 离子交换膜的基本性能29-32
• 1.4.1 面电阻及离子导电率30
• 1.4.2 含水率30-31
• 1.4.3 离子交换容量31
• 1.4.4 钒离子渗透率31
• 1.4.5 溶胀度31
• 1.4.6 水迁移31-32
• 1.4.7 力学性能32
• 1.4.8 化学稳定性32
• 1.4.9 热稳定性32
• 1.5 本课题研究的内容及意义32-34
• 1.5.1 本课题研究的内容32-33
• 1.5.2 本课题研究的意义33-34
• 第二章 PE-Nafion复合膜的制备34-46
• 2.1 引言34
• 2.2 实验部分34-38
• 2.2.1 实验仪器与试剂34-35
• 2.2.2 Nafion溶液的制备35
• 2.2.3 PE膜的预处理35
• 2.2.4 PE-Nafion复合膜的制备35-36
• 2.2.5 膜的预处理36
• 2.2.6 膜的性能测试36-37
• 2.2.6.1 面电阻36
• 2.2.6.2 离子交换容量(IEC)36
• 2.2.6.3 钒离子渗透率36-37
• 2.2.6.4 含水率37
• 2.2.7 电解液的制备37
• 2.2.8 电堆的组装37-38
• 2.2.9 充放电性能测试38
• 2.3 结果与讨论38-45
• 2.3.1 Celgard 2730膜氧化处理前后的性能38-39
• 2.3.2 PE-Nafion复合膜的性能39-41
• 2.3.2.1 形貌39-40
• 2.3.2.2 基本性能40-41
• 2.3.3 充放电性能41-45
• 2.4 本章小结45-46
• 第三章 PAN/Nafion复合膜的制备46-59
• 3.1 引言46
• 3.2 实验部分46-48
• 3.2.1 实验仪器与试剂46-47
• 3.2.2 Nafion溶液的制备47
• 3.2.3 5%PAN溶液的制备47
• 3.2.4 PAN/Nafion制备47
• 3.2.5 膜的预处理47
• 3.2.6 膜的性能测试47-48
• 3.2.6.1 面电阻47-48
• 3.2.6.2 钒离子渗透率48
• 3.2.7 电解液的制备48
• 3.2.8 电堆的组装48
• 3.3 结果与讨论48-57
• 3.3.1 PAN水解48-51
• 3.3.2 PAN/Nafion复合膜的基本性能51-52
• 3.3.2.1 形貌51
• 3.3.2.2 基本性能51-52
• 3.3.3 充放电性能52-57
• 3.4 本章小结57-59
• 第四章 固体钒电池隔膜的筛选59-66
• 4.1 引言59-60
• 4.2. 实验部分60-63
• 4.2.1 实验仪器与试剂60
• 4.2.2 固态硫酸钒盐的制备60-61
• 4.2.3 电极的制备61
• 4.2.4 离子交换膜的预处理61
• 4.2.5 固体钒电池电堆设计61
• 4.2.6 膜性能测试61-63
• 4.2.6.1 含水率61
• 4.2.6.2 离子交换容量(IEC)61-62
• 4.2.6.3 面电阻(AR)62
• 4.2.6.4 钒离子渗透率62
• 4.2.6.5 充放电性能测试62-63
• 4.3 结果与讨论63-65
• 4.4 本章小结65-66
• 第五章 结论与展望66-68
• 5.1 结论66
• 5.2 展望66-68
• 参考文献68-76
• 作者简介76-77
• 致谢77

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本文编号：914841