鐵鉻液流電池是一種價格低廉的新型大規(guī)模儲能設備,被廣泛應用于太陽能、風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)定的化學性質(zhì)和更低廉的價格作為鐵鉻液流電池電極被廣泛應用。然而,石墨氈電極由于親液性和電化學活性較差,造成鐵鉻液流電池效率低、容量衰減嚴重等問題,限制了其進一步商業(yè)化應用。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行研究。與碳氈相比,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。為了明晰碳氈、石墨氈在鐵鉻液流電池中的作用,本文對比了碳氈、石墨氈的物理化學性能,以及熱空氣和催化劑Bi活化后碳氈、石墨氈的電化學性能�；罨笫珰趾吞細值睦砘瘏�(shù)受石墨化程度影響較大。石墨氈和碳氈在活化前后電催化活性受到比表面積、C=O基團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氈更有前途的鐵鉻液流電池用... 

【文章來源】：遼寧科技大學遼寧省

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學位級別】：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氫化合物膜，也將進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、表面積和導電性進行協(xié)同控制，是擴大鐵鉻液流電池應用的關(guān)鍵。

遼寧科技大學碩士學位論文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活性尚不能完全滿足液流電池的需要，因此必須對其進行適當?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和引入表面催化性物質(zhì)兩種方法。增加表面含氧官能團法就是利用氧化反應刻蝕石墨氈表面，增大比表面積的同時引入OH、C=O和COOH等活性含氧官能團，如熱處理[32,33]、酸處理[34-36]和電化學氧化[37,38]等，如圖1.4所示。大量的研究結(jié)果證實含氧官能團可以進一步提高石墨氈的活性，但與此同時比表面積和導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提供有效面積，同時C=O官能團的協(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可以為電極反應提供活性位置，但石墨氈的導電性和強度也會因此而下降，致使電池歐姆極化損失增大。BlasiDi等人研究了含氧官能團對幾種碳質(zhì)電極電化學性能的影響，發(fā)現(xiàn)約4%~5%的含氧量使得電極表現(xiàn)出良好的電化學性能和適當?shù)膶щ娦阅躘35]。


本文編號：2916728