中性水系有机液流电池关键材料的设计与性能研究
发布时间：2021-01-15 03:04
清洁可再生能源的开发和利用需要有先进的储能技术作为必要支撑。液流电池作为一种大容量电化学储能装置,是面向可再生能源规模化应用的首选技术。传统的液流电池是基于过渡金属电活性材料,但由于电解质价格昂贵且电解液存在强腐蚀性,阻碍了其进一步规模化应用。水系有机液流电池是一种新型的液流电池体系,使用有机电活性材料作为电解质,具有成本低和性能易于调控的优势;尤其是中性电池体系,对设备要求低、安全性高,具有极大的应用前景。电解质和离子隔膜作为液流电池的关键材料,直接决定了电池的性能。目前已开发的中性水系有机液流电池,正极电解质主要是基于2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧化物（TEMPO）的衍生物,但其结构稳定性不足,导致在电池中的循环稳定性较差,面临的一个重要挑战是开发更稳定的衍生物结构;而负极电解质主要为基于紫精（Viologen）的衍生物,已报道了多种不同的衍生物结构,但是关于不同的Viologen衍生物的结构如何影响其电化学性质及在液流电池中性能的差异,这一关系尚不明晰,在电解质结构的分子设计方面缺乏基础的理论指导;此外,中性液流电池体系中使用的离子隔膜主要为市售隔膜,但面向规模化推广和应用,离子...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：114 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?（ａ）光伏发电和（ｂ）风能发电的间歇性间
?第１章绪论???储能??乂…；■?－１?；——．．．．．．．．??机械储能?电磁储能?电化学储能?热储能?化学储能??－?＾??—抽水蓄能?超导倚能；一：，始酸电池?储热?；一ｇ电解水制ＪＬ??ｉ．Ｉ?．取ｎ?．?？叫??一压縮空气储能?超级电容储能?铅碳电池?储冷?合成天然气??飞轮储能?锂离子电池??钠硫电池??ｋ液流电池??图１．２储能技术的分类［１７１。??目前己开发的储能技术按照存储介质，可分为机械储能、电磁储能、电化学??储能、热储能和化学储能等，每种类型又可根据能量存储形式的不同进行更为具??体的分类，如图１．２所示。机械储能包括抽水储能、压缩空气储能和飞轮储能等，??对场地和设备有特定的要求；电磁储能包括超导储能和超级电容器储能，目前制??造成本相对较高；电化学储能电化学类储能主要包括各种二次电池，如铅酸电池、??铅碳电池、锂离子电池、钠硫电池和液流电池等；热储能指将能量以热能的形式??存储在媒介中，可分为储热和储能两种，一般需要各种高温或低温的化学工质；??化学储能是利用氢或合成天然气作为二次能源的载体，这类储能技术的效率较低??（制氢的效率只有７０％，合成天然气的效率只有３０％￣４０％），不同储能技术的特??征如表１．１所示，在实际应用中需根据具体的性能参数，如功率、容量、响应时??间、循环寿命及效率等进行选择。??在上述几种储能技术之中，电化学储能不受地理地形环境的限制，对周围环??境造成的影响小，能量存储的效率、容量和功率高，技术发展成熟、成本低，具??有广阔的应用领域２０１９年我国电化学储能累计装机容量１５９２．３ＭＷ，在储??能总装机中
?第１章绪论???１．２液流电池??液流电池是利用液态电解质的可逆氧化还原电化学反应实现循环的能量存??储和释放｜２４＿２５］。１８８４年，ＣｈａｒｌｅｓＲｅｎａｒｄ开发了锌－氯电池为“ＬａＦｒａｎｃｅ”飞艇提??供电能，首次提到了液流电池的概念［２６］。在二十世纪７０年代初期，美国国家航??空航天局再次使用了液流电池的概念，使用卤化铁为正极电解液、卤化铬为负极??电解液，开发了第一个实用的液流电池［２７］。??液流电池的工作原理如图１．３所示，液态电解液存储在外部储罐中，在泵的??驱动下在电池主体和储罐之间循环流动，通过在电极表面进行可逆的氧化还原反??应，实现能量在电能和化学能的之间的转换。充电时，电解液从储罐流向电极表??面，在外加电场的作用下，正极的电解质溶液Ｃｍ＋，在电极上失去电子被氧化生??成ＣＭ＋ｍ，同时负极的电解质溶液Ａｎ＋，在电极上得到电子被还原生成Ａ＋Ｗ，??电能转换化学能存储在Ｃ（ｍ＋１）＋和Ａ（ｎ＋＋中。放电时，Ｃ＜ｍ＋１＞＋和在泵的驱动下??流经电极表面，Ｃ（ｍ＋Ｍ自发氧化Ａ＋１汔分别生成Ｃｍ＋和Ａｎ＋，再次将储存在其中的??化学能转化为电能，电子流经外电路做功，供给负载用电。为了保持两极溶液的??电中性，溶液中的一种带电离子（阳离子或者阴离子），从正极（或者负极），经??过选择透过性离子隔膜，迁移至负极（或者正极）；同时，离子隔膜需能有效阻??隔活性电解质材料的跨膜渗透，避免由此造成的电池存储容量衰减。??ｅ－＿ｅ－??ｆ?＇Ｉ????离子隔膜?Ｉ？?｜??充电?充电??负极电解质?ａ－?正极电解质??Ｉ?￣?１??Ｋ?＾１，＋??放电：?放电??ｉＲｉｓｔ
【参考文献】：
期刊论文
[1]发展化学储能有助于解决弃风、弃光难题[J]. 杨裕生. 电力设备管理. 2020(03)
[2]有机氧化还原液流电池的研究进展[J]. 夏力行,刘昊,刘琳,谭占鳌. 电化学. 2018(05)
[3]Ion exchange membranes from poly（2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide） and related applications[J]. Jiahui Zhou,Peipei Zuo,Yahua Liu,Zhengjin Yang,Tongwen Xu. Science China（Chemistry）. 2018(09)
[4]全钒液流电池储能技术开发与应用进展[J]. 王晓丽,张宇,张华民. 电化学. 2015(05)
[5]液流电池研究进展[J]. 董全峰,张华民,金明钢,郑明森,詹亚丁,孙世刚,林祖赓. 电化学. 2005(03)
本文编号：2978094
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：114 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?（ａ）光伏发电和（ｂ）风能发电的间歇性间
?第１章绪论???储能??乂…；■?－１?；——．．．．．．．．??机械储能?电磁储能?电化学储能?热储能?化学储能??－?＾??—抽水蓄能?超导倚能；一：，始酸电池?储热?；一ｇ电解水制ＪＬ??ｉ．Ｉ?．取ｎ?．?？叫??一压縮空气储能?超级电容储能?铅碳电池?储冷?合成天然气??飞轮储能?锂离子电池??钠硫电池??ｋ液流电池??图１．２储能技术的分类［１７１。??目前己开发的储能技术按照存储介质，可分为机械储能、电磁储能、电化学??储能、热储能和化学储能等，每种类型又可根据能量存储形式的不同进行更为具??体的分类，如图１．２所示。机械储能包括抽水储能、压缩空气储能和飞轮储能等，??对场地和设备有特定的要求；电磁储能包括超导储能和超级电容器储能，目前制??造成本相对较高；电化学储能电化学类储能主要包括各种二次电池，如铅酸电池、??铅碳电池、锂离子电池、钠硫电池和液流电池等；热储能指将能量以热能的形式??存储在媒介中，可分为储热和储能两种，一般需要各种高温或低温的化学工质；??化学储能是利用氢或合成天然气作为二次能源的载体，这类储能技术的效率较低??（制氢的效率只有７０％，合成天然气的效率只有３０％￣４０％），不同储能技术的特??征如表１．１所示，在实际应用中需根据具体的性能参数，如功率、容量、响应时??间、循环寿命及效率等进行选择。??在上述几种储能技术之中，电化学储能不受地理地形环境的限制，对周围环??境造成的影响小，能量存储的效率、容量和功率高，技术发展成熟、成本低，具??有广阔的应用领域２０１９年我国电化学储能累计装机容量１５９２．３ＭＷ，在储??能总装机中
?第１章绪论???１．２液流电池??液流电池是利用液态电解质的可逆氧化还原电化学反应实现循环的能量存??储和释放｜２４＿２５］。１８８４年，ＣｈａｒｌｅｓＲｅｎａｒｄ开发了锌－氯电池为“ＬａＦｒａｎｃｅ”飞艇提??供电能，首次提到了液流电池的概念［２６］。在二十世纪７０年代初期，美国国家航??空航天局再次使用了液流电池的概念，使用卤化铁为正极电解液、卤化铬为负极??电解液，开发了第一个实用的液流电池［２７］。??液流电池的工作原理如图１．３所示，液态电解液存储在外部储罐中，在泵的??驱动下在电池主体和储罐之间循环流动，通过在电极表面进行可逆的氧化还原反??应，实现能量在电能和化学能的之间的转换。充电时，电解液从储罐流向电极表??面，在外加电场的作用下，正极的电解质溶液Ｃｍ＋，在电极上失去电子被氧化生??成ＣＭ＋ｍ，同时负极的电解质溶液Ａｎ＋，在电极上得到电子被还原生成Ａ＋Ｗ，??电能转换化学能存储在Ｃ（ｍ＋１）＋和Ａ（ｎ＋＋中。放电时，Ｃ＜ｍ＋１＞＋和在泵的驱动下??流经电极表面，Ｃ（ｍ＋Ｍ自发氧化Ａ＋１汔分别生成Ｃｍ＋和Ａｎ＋，再次将储存在其中的??化学能转化为电能，电子流经外电路做功，供给负载用电。为了保持两极溶液的??电中性，溶液中的一种带电离子（阳离子或者阴离子），从正极（或者负极），经??过选择透过性离子隔膜，迁移至负极（或者正极）；同时，离子隔膜需能有效阻??隔活性电解质材料的跨膜渗透，避免由此造成的电池存储容量衰减。??ｅ－＿ｅ－??ｆ?＇Ｉ????离子隔膜?Ｉ？?｜??充电?充电??负极电解质?ａ－?正极电解质??Ｉ?￣?１??Ｋ?＾１，＋??放电：?放电??ｉＲｉｓｔ
【参考文献】：
期刊论文
[1]发展化学储能有助于解决弃风、弃光难题[J]. 杨裕生. 电力设备管理. 2020(03)
[2]有机氧化还原液流电池的研究进展[J]. 夏力行,刘昊,刘琳,谭占鳌. 电化学. 2018(05)
[3]Ion exchange membranes from poly（2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide） and related applications[J]. Jiahui Zhou,Peipei Zuo,Yahua Liu,Zhengjin Yang,Tongwen Xu. Science China（Chemistry）. 2018(09)
[4]全钒液流电池储能技术开发与应用进展[J]. 王晓丽,张宇,张华民. 电化学. 2015(05)
[5]液流电池研究进展[J]. 董全峰,张华民,金明钢,郑明森,詹亚丁,孙世刚,林祖赓. 电化学. 2005(03)
本文编号：2978094
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/gckjbs/2978094.html
