鐵鉻液流電池是一種價格低廉的新型大規(guī)模儲能設(shè)備,被廣泛應(yīng)用于太陽能、風(fēng)能等綠色可再生能源領(lǐng)域。電極是鐵鉻液流電池的關(guān)鍵材料之一,其中,石墨氈因有較高的比表面積、較穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)和更低廉的價格作為鐵鉻液流電池電極被廣泛應(yīng)用。然而,石墨氈電極由于親液性和電化學(xué)活性較差,造成鐵鉻液流電池效率低、容量衰減嚴(yán)重等問題,限制了其進(jìn)一步商業(yè)化應(yīng)用。因此,對鐵鉻液流電池用石墨氈電極的改性勢在必行。本文從鐵鉻液流電池用電極材料的石墨化程度與改性兩個方面進(jìn)行研究。與碳?xì)窒啾?確定了石墨氈是較適合鐵鉻液流電池的電極材料;并通過引入磷酸鋯（ZrP）作為表面催化劑對石墨氈電極材料進(jìn)行活化處理;最后通過硅酸分解引入SiO₂的方法,考察活性石墨氈電極材料對鐵鉻液流電池性能的影響。為了明晰碳?xì)�、石墨氈在鐵鉻液流電池中的作用,本文對比了碳?xì)�、石墨氈的物理化學(xué)性能,以及熱空氣和催化劑Bi活化后碳?xì)帧⑹珰值碾娀瘜W(xué)性能。活化后石墨氈和碳?xì)值睦砘瘏?shù)受石墨化程度影響較大。石墨氈和碳?xì)衷诨罨昂箅姶呋钚允艿奖缺砻娣e、C=O基團(tuán)和石墨化程度的耦合作用。研究結(jié)果表明石墨氈是一種比碳?xì)指星巴镜蔫F鉻液流電池用... 

【文章來源】：遼寧科技大學(xué)遼寧省

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

鐵鉻液流電池在蓄電儲能中的作用Figure1.1Theroleofiron-chromiumredoxflowbatteryinenergystorage液流電池的關(guān)鍵材料包括電解液、隔膜、電極等

1.緒論4圖1.2液流電池的應(yīng)用實例Figure1.2Applicationexamplesofredoxflowbatteries曾毅凱等人對全釩液流電池和鐵鉻液流電池的組裝成本進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示全釩液流電池與鐵鉻液流電池成本占比具有明顯的區(qū)別。與成本為189美元/千瓦時的全釩液流電池相比，鐵鉻液流電池中使用的活性物質(zhì)成本低至17美元/千瓦時[6]。從圖1.3中可以看出，全釩液流電池的成本占比最大部分分別為釩電解液、膜以及過程控制系統(tǒng)(ProcessControlSystem,PCS)，鐵鉻液流電池的成本占比最大部分為膜、PCS以及鐵鉻電解液。眾所周知，全釩液流電池中電解液的成本價格是最高的，而在全釩液流電池成本中，電解液占比卻是最大，可以想象得到，雖然全釩液流電池的性能比較優(yōu)越，但是高昂的成本價也限制了它的發(fā)展。相比較鐵鉻液流電池來說，雖然鐵鉻液流電池的膜占比是全釩液流電池的兩倍，但是首先膜的成本是比較低的，F(xiàn)e3+的低氧化特性也可以使用低廉的碳?xì)浠衔锬ぃ矊⑦M(jìn)一步降低鐵鉻液流電池的成本。另外鐵鉻液流電池的電解液占比僅為9%，所以其經(jīng)濟(jì)實惠的優(yōu)勢明顯展露出來，因此，鐵鉻液流電池的發(fā)展絕不止步于此，尋求價廉便捷的方法對鐵鉻液流電池用電極的含氧官能團(tuán)、表面積和導(dǎo)電性進(jìn)行協(xié)同控制，是擴(kuò)大鐵鉻液流電池應(yīng)用的關(guān)鍵。

遼寧科技大學(xué)碩士學(xué)位論文5圖1.3全釩液流電池(a)與鐵鉻液流電池(b)的成本分配圖Figure1.3Costdistributiondiagramofvanadiumbattery(a)andiron-chromiumredoxflowbattery(b)1.4石墨氈電極的改性研究現(xiàn)狀石墨氈是最常用的碳材料電極。然而，石墨氈的親液性和電化學(xué)活性尚不能完全滿足液流電池的需要，因此必須對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)幕罨幚韀29-31]。目前，石墨氈的活化方法一般分為增加表面含氧官能團(tuán)和引入表面催化性物質(zhì)兩種方法。增加表面含氧官能團(tuán)法就是利用氧化反應(yīng)刻蝕石墨氈表面，增大比表面積的同時引入OH、C=O和COOH等活性含氧官能團(tuán)，如熱處理[32,33]、酸處理[34-36]和電化學(xué)氧化[37,38]等，如圖1.4所示。大量的研究結(jié)果證實含氧官能團(tuán)可以進(jìn)一步提高石墨氈的活性，但與此同時比表面積和導(dǎo)電性的變化也不容忽視。研究表明，增大比表面積有利于電解液在石墨氈表面?zhèn)髻|(zhì)，為氧化還原反應(yīng)提供更多的活性位點。Zhou等人采用KOH制備活性多孔碳纖維電極，并提出電極表面大于5nm的孔徑才能為氧化還原反應(yīng)提供有效面積，同時C=O官能團(tuán)的協(xié)同作用，使得具有非最大比表面積的電極獲得了較高的電池能量效率[39]。雖然石墨氈表面的含氧官能團(tuán)可以為電極反應(yīng)提供活性位置，但石墨氈的導(dǎo)電性和強(qiáng)度也會因此而下降，致使電池歐姆極化損失增大。BlasiDi等人研究了含氧官能團(tuán)對幾種碳質(zhì)電極電化學(xué)性能的影響，發(fā)現(xiàn)約4%~5%的含氧量使得電極表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能和適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電性能[35]。


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