能源危機(jī)和環(huán)境問題是當(dāng)今世界的熱點(diǎn),在我國尤其嚴(yán)重,由于過度的煤炭開采和消耗,產(chǎn)生了嚴(yán)重的環(huán)境問題。所以研究者將目光轉(zhuǎn)移到了清潔能源上,比如風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮艿鹊取５巧鲜瞿芰啃问讲荒軌蚍�(wěn)定的給人類供能,所以人們用儲(chǔ)能裝置將它們轉(zhuǎn)化成化學(xué)能儲(chǔ)存起來供人類穩(wěn)定的使用,而全釩液流電池就是21世紀(jì)最有前途的儲(chǔ)能裝置之一。其未廣泛應(yīng)用受制于其中的質(zhì)子交換膜,而對(duì)質(zhì)子交換膜的實(shí)驗(yàn)研究由于無法克服其中多因素耦合的干擾,這樣無法從實(shí)驗(yàn)上研究,所以本文用經(jīng)典分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法,用單壁功能化碳納米管簡化了全釩液流電池質(zhì)子交換膜的離子通道,從而可控的對(duì)影響質(zhì)子交換膜的理想結(jié)構(gòu)的單一因素進(jìn)行研究。首先,本文研究了體相溶液中釩離子的水合結(jié)構(gòu),根據(jù)水合大小影響離子在通道中的傳遞,由于前人的模擬研究集中在只有釩離子存在的水溶液中釩離子的的水合結(jié)構(gòu),所以本文根據(jù)全釩液流電池溶液的實(shí)際情況,分別研究了硫酸根和水合質(zhì)子對(duì)釩離子水合結(jié)構(gòu)的影響,最后根據(jù)釩離子水合結(jié)構(gòu)給出了質(zhì)子交換膜通道大小的建議尺寸在4.12~8.14?的范圍內(nèi),這樣有利于質(zhì)子的傳遞同時(shí)阻礙釩離子的滲透。隨后,本文研究了通道尺寸和氟修飾對(duì)釩滲透和質(zhì)子傳遞的影響。通過Adaptive Biasing Force(ABF)計(jì)算方法計(jì)算通道中離子的勢能分布,分析了不同釩離子以及水合質(zhì)子進(jìn)入離子通道的滲透勢壘從而得出質(zhì)子交換膜傳導(dǎo)質(zhì)子阻釩的最佳尺寸是10.8?。而且隨著離子通道尺寸的減小還根據(jù)釩離子在通道內(nèi)的水合結(jié)構(gòu)得出釩滲透的機(jī)理。在此節(jié)的末尾還研究了氟修飾對(duì)釩離子傳遞的影響。由于有研究指出在實(shí)際的全釩液流電池質(zhì)子交換膜離子通道中存在電場,所以本文先發(fā)現(xiàn)電場狀態(tài)下釩離子水合結(jié)構(gòu)被削弱,在電場為1V/nm時(shí)釩離子不以團(tuán)簇的形式存在于溶液中,這樣明顯對(duì)阻釩是不利的。隨后本文就研究在1V/nm電場下離子通道中磺酸基團(tuán)分布對(duì)釩離子在離子通道的影響。最后發(fā)現(xiàn)在磺酸基團(tuán)距離為8.44?時(shí)阻釩效果最好,同時(shí)傳導(dǎo)質(zhì)子的效果也很好。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM912

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4 尹世偉;離子選擇電極響應(yīng)機(jī)理的研究[D];西北大學(xué);2002年

本文編號(hào)：2825983