全钒氧化还原液流电池石墨毡电极的改性研究

发布时间：2017-03-28 22:03

  本文关键词：全钒氧化还原液流电池石墨毡电极的改性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：全钒氧化还原液流电池(简称钒电池,VRB)是一种新型绿色环保电池,具有效率高、寿命长、安全可靠等优点,可以作为大型储能装置,将风能、水能、太阳能等不稳定的能源转化成电能储存起来,也可以作为备用电源等,具有广泛的应用用前景。聚丙烯腈基(PAN)石墨毡较差的亲水性和电化学活性决定了石墨毡需要经过改性,才能更好地用于钒电池。二氧化铈具有储放氧功能及快速氧空位扩散能力,是稀土氧化物中活性最高的催化材料。考虑到二氧化铈的优异性能,本课题采用乙醇溶液法和溶胶-凝胶法将二氧化铈修饰在石墨毡上,以提高石墨毡的电化学活性,之后对制备工艺进行了优化。通过循环伏安、交流阻抗、电池测试等电化学方法,及X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等物理手段对改性石墨毡进行测试,结果表明乙醇溶液法中的最佳反应时间为60 min,热处理气氛为空气,也得出了溶胶-凝胶法的最佳溶胶浓度和p H。改性后的石墨毡,在电池测试中库仑效率最高能达到95%,能量效率也接近90%。表面沉积法在石墨毡表面引入具有催化活性的金属,是另一种改性石墨毡的方法。本课题利用离子交换的方法在石墨毡表面分别引入锰、钴、镍三种金属,并对改性石墨毡进行物理和电化学性能测试,结果表明改性后的石墨毡纤维表面的官能团发生变化,改善了石墨毡的润湿性能,提高其电化学活性。电池测试结果表明,库仑效率可以达到90%。最后本文通过不同扫描速度下的循环伏安测试和不同起始电位下的交流阻抗分析,研究了二氧化铈改性石墨毡电极上反应的可逆性和反应的速度控制步骤,初步探讨了二氧化铈催化石墨毡电极上正极反应的反应机理。
【关键词】：全钒氧化还原液流电池 石墨毡 二氧化铈 离子交换 反应机理
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O646.54;TM912
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTACT5-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义10-11
• 1.2 全钒氧化还原液流电池的发展历史和研究历程11-14
• 1.2.1 钒电池在国外的发展历史11-13
• 1.2.2 钒电池在国内的发展历程13-14
• 1.3 全钒氧化还原液流电池14-15
• 1.4 全钒氧化还原液流电池的关键材料15-17
• 1.4.1 电解液15-16
• 1.4.2 隔膜16
• 1.4.3 电极材料16-17
• 1.5 石墨毡电极的改性17-19
• 1.6 本论文的主要研究内容19-20
• 第2章 实验材料及方法20-29
• 2.1 实验主要试剂及所用主要仪器20-21
• 2.1.1 实验试剂20-21
• 2.1.2 实验仪器21
• 2.2 二氧化铈修饰石墨毡的制备21-22
• 2.2.1 石墨毡的预处理21-22
• 2.2.2 醇溶液法制备二氧化铈22
• 2.2.3 溶胶-凝胶法制备二氧化铈22
• 2.3 表面沉积法对石墨毡进行离子修饰22
• 2.3.1 石墨毡的前处理22
• 2.3.2 石墨毡的离子修饰22
• 2.4 钒电池用Nafion膜的预处理22-23
• 2.5 电解液的制备23-26
• 2.5.1 电解法再生钒废液23
• 2.5.2 标准溶液的制备与标定23-24
• 2.5.3 总钒浓度的标定24-25
• 2.5.4 三价钒离子的滴定25-26
• 2.6 改性石墨毡的性能表征26-29
• 2.6.1 循环伏安（CV）测试26-27
• 2.6.2 交流阻抗（EIS）27
• 2.6.3 扫描电子显微镜(SEM)27
• 2.6.4 X-射线衍射（XRD）27
• 2.6.5 傅立叶变换红外光谱(FI-IR)27-28
• 2.6.6 亲水性检测28
• 2.6.7 单电池性能28-29
• 第3章 二氧化铈修饰石墨毡的性能研究29-46
• 3.1 引言29-30
• 3.1.1 二氧化铈简介29-30
• 3.2 乙醇溶液法修饰石墨毡及其性能研究30-37
• 3.2.1 反应时间的影响34-35
• 3.2.2 热处理气氛的影响35-37
• 3.3 溶胶-凝胶法修饰石墨毡及其性能研究37-41
• 3.3.1 溶胶浓度的影响38-39
• 3.3.2 溶胶p H的影响39-41
• 3.4 二氧化铈修饰石墨毡电极反应机理研究41-45
• 3.4.1 循环伏安分析41-43
• 3.4.2 交流阻抗谱及其拟合分析43-45
• 3.5 小结45-46
• 第4章 表面沉积法对石墨毡的改性研究46-59
• 4.1 引言46
• 4.2 直接离子修饰对石墨毡性能的影响46-52
• 4.2.1 SEM及EDS表征47-50
• 4.2.2 XRD表征50-51
• 4.2.3 FT-IR分析51
• 4.2.4 亲水性试验51-52
• 4.2.5 单电池测试52
• 4.3 前处理对离子修饰石墨毡的性能影响52-57
• 4.3.1 SEM及EDS表征53-56
• 4.3.2 FT-IR56
• 4.3.3 亲水性实验56-57
• 4.3.4 循环伏安测试57
• 4.4 小结57-59
• 结论59-60
• 参考文献60-67
• 致谢67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 许茜,赖春艳,尹远洪,隋智通;提高钒电池电解液的稳定性[J];电源技术;2002年01期

2 宋晓岚,邱冠周,曲鹏,杨振华,吴雪兰,王海波;沉淀法合成纳米CeO_2及其性能[J];湖南大学学报(自然科学版);2004年06期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 王彩虹;全钒氧化还原液流电池的研究[D];电子科技大学;2005年

2 陈若媛;全钒液流电池高活性碳电极的研究[D];中南大学;2010年

  本文关键词：全钒氧化还原液流电池石墨毡电极的改性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：273083