基于复合高氯酸为电解液的高面容量全铅单液流电池研究

发布时间：2017-09-27 22:01

  本文关键词：基于复合高氯酸为电解液的高面容量全铅单液流电池研究

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【摘要】：单液流电池相对其它液流电池在避免电解液相互交叉污染和节约成本等方面具有独特的优势,因而在可再生能源发电和智能电网建设等方面有着广泛的应用前景。本研究针对现有单液流电池比面容量和能量效率低的缺点,提出并开展研究了一种基于复合高氯酸溶液作为电解液,电沉积超高比面容量二氧化铅和铅分别作为正负极的全铅液流电池。围绕上述单液流电池,本论文主要的研究内容如下：首先,对高氯酸电解液的氧化性进行了研究,并使用正交实验法和单因子实验法对液流电池电解液各组分浓度以及液流电池充放电制度等条件进行了优化；其次,通过扫描电镜、Tafel测试等手段研究了添加剂对负极电沉积铅的改善情况及其对负极交换电流密度、充放电电压、交流阻抗的影响,并用循环伏安法对比了液流电池正负极的电化学性能；再次,通过线性扫描、恒流充放电、X射线衍射等方法讨论了正极基底对液流电池充放电的影响以及电解液中Pb2+和H+浓度对正极电沉积二氧化铅晶型的影响；最后,分析了液流电池充放电过程中正极交流阻抗的变化以及Pt/Ti基底全铅液流电池的失效原因。在优化电解液组成和电沉积条件的基础上,全铅单液流电池给出了高达125 mAh cm-2的比面容量和长达500次以上的循环寿命,较之前报道的甲基磺酸体系和四氟硼酸体系全铅液流电池的比面容量提高了5倍,并且平均容量效率和能量效率分别达到95%和85%。EDS测试也表明循环过程中镀铂钛基底上的铂未出现流失迹象,在对电解液进行维护更新后液流电池的容量效率和能量效率能够迅速恢复。
【关键词】：液流电池 电沉积铅 二氧化铅 高氯酸 比面容量
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912;O646
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 第一章 绪论15-33
• 1.1 引言15
• 1.2 液流电池背景15-16
• 1.3 液流电池概念及工作原理16-17
• 1.4 液流电池特点17-18
• 1.5 液流电池分类18-30
• 1.5.1 双液流电池19-25
• 1.5.2 单液流电池25-30
• 1.6 论文的立论和目的30-31
• 1.7 论文的研究内容与方案31-33
• 第二章 实验药品器材及研究方法33-39
• 2.1 引言33
• 2.2 实验试剂和仪器33-35
• 2.2.1 实验试剂33-34
• 2.2.2 实验与测试仪器34-35
• 2.3 电极基底预处理和电池组装35-37
• 2.3.1 负极电极片预处理35
• 2.3.2 正极电极基底的预处理和制备方法35-36
• 2.3.3 电解液配制36-37
• 2.3.4 电池组装37
• 2.4 分析测试样品预处理方法与参数设置37-39
• 2.4.1 XRD测试37-38
• 2.4.2 SEM测试38
• 2.4.3 EDS测试38
• 2.4.4 ICP测试38-39
• 第三章 电解液组成与充放电制度的研究39-57
• 3.1 引言39
• 3.2 实验部分39-44
• 3.2.1 HClO_4稳定性与Pb~(2+)电化学沉积特性研究39-40
• 3.2.2 正交实验预测电解液组成与充放电制度40-42
• 3.2.3 单因子实验确定电解液组成与充放电制度42-44
• 3.3 实验结果和讨论44-55
• 3.3.1 HClO_4稳定性与Pb~(2+)电化学沉积特性研究44-49
• 3.3.2 正交实验预测电解液组成与充放电制度49-53
• 3.3.3 单因子实验确定电解液组成与充放电制度53-55
• 3.4 本章小结55-57
• 第四章 负极和添加剂的研究57-69
• 4.1 引言57
• 4.2 实验部分57-60
• 4.2.1 负极基底的选择57-58
• 4.2.2 负极添加剂的选择58-59
• 4.2.3 负极的电化学性能59-60
• 4.3 实验结果和讨论60-68
• 4.3.1 负极基底的选择60-62
• 4.3.2 负极添加剂的选择62-66
• 4.3.3 负极的电化学性能66-68
• 4.4 本章小结68-69
• 第五章 全铅液流电池正极的研究69-87
• 5.1 引言69
• 5.2 实验部分69-73
• 5.2.1 正极基底的选择69-70
• 5.2.2 正极的电化学性能70-71
• 5.2.3 正极充放电过程研究71-72
• 5.2.4 正极电沉积PbO_2表征72-73
• 5.3 实验结果和讨论73-85
• 5.3.1 正极基底的选择73-77
• 5.3.2 正极的电化学性能77-79
• 5.3.3 正极充放电过程研究79-82
• 5.3.4 正极电沉积PbO_2表征82-85
• 5.4 本章小结85-87
• 第六章 全铅液流电池性能87-93
• 6.1 引言87
• 6.2 实验部分87-88
• 6.2.1 全铅液流电池的充放电性能87-88
• 6.3 实验结果和讨论88-92
• 6.3.1 全铅液流电池的充放电性能88-92
• 6.4 本章小结92-93
• 第七章 结论93-95
• 参考文献95-101
• 致谢101-103
• 研究成果及发表的学术论文103-105
• 作者和导师简介105-106
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书106-107

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 胡林童;郭凯;李会巧;翟天佑;;新型锂-液流电池[J];科学通报;2016年03期

2 李倩;谭毅;施伟;李佳艳;张欢;;Fe/Cr液流电池用PAN基石墨毡电极改性研究[J];电源技术;2015年07期

3 丰俊娇;;化学电源储能技术发展趋势展望[J];化工管理;2015年17期

4 宋文君;李明强;苏杭;;锌溴液流电池的电堆制备及性能评价[J];电源技术;2015年05期

5 杨霖霖;王少鹏;倪蕾蕾;邸志岗;苏青;肖扬;;新型液流电池研究进展[J];上海电气技术;2015年01期

6 许守平;李相俊;惠东;;大规模储能系统发展现状及示范应用[J];电源技术;2015年01期

7 朱朋朋;赵平;徐艳;文越华;程杰;;全钒液流电池电解液的制备和性能优化研究进展[J];电源技术;2015年01期

8 刘旭东;毕孝国;吉晓瑞;董颖男;关新;;全沉积型铅酸液流电池充放电特性研究[J];电源技术;2014年09期

9 陈启f ;方陈;张宇;贺健;龚明光;鲍剑明;;钠电池的研究进展及其在电力储能中的应用[J];华东电力;2014年08期

10 马华;从长杰;王驰伟;;储能用锂离子动力电池研究进展[J];化学工业与工程;2014年03期

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本文编号：932108