長壽命、高效率熔鹽鐵空氣電池體系構(gòu)建研究

發(fā)布時(shí)間：2020-07-11 02:36

【摘要】：熔鹽鐵空氣電池具有超高理論能量密度、成本低、無污染等優(yōu)勢(shì),作為電網(wǎng)儲(chǔ)能裝置,具有良好的應(yīng)用前景,但目前熔鹽鐵空氣電池的發(fā)展仍處于初步研究階段,該電池要想實(shí)現(xiàn)高效率、穩(wěn)定而長周期的充放電循環(huán),仍面臨著極大的挑戰(zhàn)。針對(duì)熔鹽鐵空氣電池目前存在的問題,本文在電解質(zhì)和空氣陰極兩個(gè)方面開展研究工作。采用Li0.87Na0.63K0.50CO3-LiOH-NaOH-Fe2O3熔鹽電解質(zhì)構(gòu)建了新型鐵空氣電池體系;采用化學(xué)置換法制備了PdO納米島修飾納米NiO空氣陰極催化劑;在泡沫鎳集流體上制備了NiO納米片陣列催化劑,探索該電催化劑在高溫熔鹽體系下的電化學(xué)性能。以Li0.87Na0.63K0.50CO3代替之前研究的KCl-LiCl-LiOH電解質(zhì)中的KCl-LiCl,同時(shí)添加NaOH和Fe2O3作電解質(zhì),以翅片空氣電極作為陰極,鐵電極作為陽極,成功構(gòu)建出全新的熔鹽鐵空氣電池體系。電池充放電測(cè)試結(jié)果表明,以0.05A恒電流持續(xù)充電8min,采用100Ω負(fù)載電阻恒電阻放電至0.7V的截止電壓時(shí),該電池體系可以穩(wěn)定地運(yùn)行450個(gè)循環(huán),庫倫效率接近100%,放電均壓在1.08V左右。電池具有良好的放電倍率性能,當(dāng)以6.4C放電時(shí),其庫倫效率為95.1%。通過化學(xué)置換法將Pd化學(xué)鍍?cè)贜i片上制備翅片空氣電極,研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)過一定的充放電循環(huán)后,翅片空氣電極上形成了獨(dú)特的PdO納米島修飾NiO納米顆粒的結(jié)構(gòu)。循環(huán)伏安和極化曲線表明,該催化陰極展現(xiàn)了良好的ORR/OER催化活性及較低的極化過電位;倍率測(cè)試表明該電池具有良好的放電倍率性能;該電池穩(wěn)定運(yùn)行100個(gè)循環(huán),庫倫效率為98.7%,放電平均電壓為1.10V左右。在泡沫鎳集流體上制備NiO納米片陣列催化劑,循環(huán)伏安和極化曲線表明,該催化劑在熔鹽鐵空氣電池中展現(xiàn)了較為突出的ORR/OER催化活性,有效地降低了極化過電位。NiO納米片陣列催化陰極鐵空氣電池可以穩(wěn)定地運(yùn)行100個(gè)循環(huán),庫倫效率為99.6%,放電均壓為1.12V左右。當(dāng)該電池以6.7C放電時(shí),其效率可達(dá)到94.6%。
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM911.41
【圖文】：

空氣電池,電化學(xué)原理

東北石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文理論能量密度為 764Wh·kg-1。在放電過程中，鐵在負(fù)極上被氧化成 Fe(OH)2，O2在正極上還原形成 OH-。這應(yīng)的逆反應(yīng)在充電時(shí)產(chǎn)生。放電時(shí)電極反應(yīng)如下：陰極：-22O2HO4e4OH- （1陽極：-2-Fe 2OH Fe(OH) 2e（1鐵電極進(jìn)一步放電會(huì)失去更多的電子，從而形成水合氧化鐵或者是磁性 Fe3O4如下：陽極：-2-2Fe (OH) OH FeOOH HO e（1

空氣電極,催化劑層,電解液

一般主要由透氣層、集流體和催化劑層組成[24]。如圖1-2 所示，這種結(jié)構(gòu)的空氣陰極比較容易形成氣液固三相界面，有利于 OER/ORR 反應(yīng)的進(jìn)行。透氣層有利于氧氣透過并且到達(dá)催化劑層；催化劑層與電解液相接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生一種指向電解液內(nèi)部的張力，這種力將會(huì)使得氧氣順利進(jìn)入電解液，同時(shí)將會(huì)阻止電解

空氣電極,鐵電極,翅片,點(diǎn)焊機(jī)