發(fā)布時間：2020-07-11 20:20

【摘要】：能源是人類社會發(fā)展的基礎和動力。目前,73%的能源都來自石油、煤和天然氣等化石能源。但化石能源儲量有限,并且不可再生。發(fā)展可再生能源利用技術己是刻不容緩。太陽能、風能和潮汐能等再生能源都具有資源豐富的特點。雖然近年來,風能、太陽能、潮汐能等可再生能源的裝機總量在不斷增加,但由于發(fā)電的不穩(wěn)定、不連續(xù)等原因,導致棄風和棄光等問題。從長遠的角度來看,大規(guī)模儲能技術可能是可再生能源發(fā)電不穩(wěn)定、不連續(xù)的最有效經濟方案,也是提高可再生能源發(fā)電利用率的重要手段。鋅-空氣液流電池由于具有能量密度高,安全性好,價格低等優(yōu)勢,成為大規(guī)模高效儲能裝置的首選之一。而在鋅空氣液流電池中,正極氧還原/析出催化劑扮演著舉足輕重的角色,但正極氧還原和氧析出反應動力學緩慢,所以開發(fā)穩(wěn)定、高效的催化劑是研究的重點和難點。本課題通過制備高效、廉價、穩(wěn)定的氧還原/析出雙效催化劑,降低電池成本,提高電池性能,為構建高效的鋅-空液流電池提供可行的方案。本文的主要內容如下:1)以普通碳纖維紙(CFP)為載體,經過強酸處理,產生缺陷。再通過水熱和高溫熱解法,在硫摻雜的碳纖維紙(SCFP)上制備由非晶態(tài)NiSx-FeOy摻雜的具有雙效功能的自支撐氧電極。所制備NiSx-FeOy/SCFP催化劑擁有優(yōu)異的雙效性能,OER只需要0.37 V的過電勢即可達到10 mA cn-2的電流密度,并且ORR具有與商業(yè)20wt%Pt/C相當的半波電位。把NiSx-FeOy/SCFP直接作為鋅-空氣液流電池的正極并組裝鋅-空氣液流電池,表現出高的充放電性能,并且劇烈地運行110 h而沒有性能衰減。2)以東麗碳纖維紙為載體,使用電聚合法把2-氨基-5-巰基-1,3,4-噻二唑(AMT)聚合到碳纖維上。再經過高溫熱解,使之碳化、活化,得到PAMT/CFP。所獲得的PAMT/CFP可以直接作為鋅-空氣液流電池的正極,OER僅需要1.68V的電壓就能達到10mAcm-2的電流密度,ORR也是最好的,ORR半波電位大約在0.68 V左右,為雙效催化劑的研究提供了一種新的思路。3)以富含氮、硫等元素的有機單體,采用Sonogashira-Hagihara耦合反應合成結構與組成可調控的共軛微孔聚合物(CMP)。以共軛微孔聚合物作為前驅體,定向引入高密度、高分散的過度金屬原子,制備氮、硫和過渡金屬多摻雜的碳基催化材料,同時構建豐富的氧還原和氧析出活性位點,測試ORR起始點位只有0.88 V,半波電位0.78 V,1 0 mA cm-2電流密度對應的電壓是1.68 V。研究N、S和Fe、Ni等過度金屬之間的相互作用,設計出性能優(yōu)異的雙效催化劑。4)本研究以碳纖維紙作為載體,采用水熱和高溫熱解法,在硫摻雜的碳纖維紙(SCFP)上制備Fe、Ni共摻雜的具有雙效功能自支撐氧電極,并組裝高效穩(wěn)定鋅-空氣液流電池。然后我們再以東麗碳纖維紙為載體,采用電聚合法和高溫熱解法,在碳纖維表面聚合AMT,制備非金屬雙效氧電極。最后,我們以富含氮、硫等元素的有機單體,采用Sonogashira-Hagihara耦合反應合成共軛微孔聚合物。再向共軛微孔聚合物中定向引入過渡金屬原子,制備氮、硫和過渡金屬多摻雜的碳基催化材料。
【學位授予單位】：北京化工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TQ426;TM911.41
【圖文】：

和空氣電極，雙效催化劑的連續(xù)討論。逡逑１．２鋅－空氣液流電池結構和運行原理逡逑圖１－１是鋅－空氣液流電池的結構圖。依次為１－正極端板、２－正極、３－框（過渡倉）、逡逑４－負極、５－負極端板、６－管路、７－儲液罐、８－蠕動泵。電池包括端板、框、負極、正極、逡逑儲液罐。儲液罐和管路中裝有電解液，經由蠕動泵接入單電池或電堆，出口通過管路逡逑與儲液罐相連，構成單電池的電解液回路。逡逑２邐４逡逑ｔ６邋３逡逑６邋Ｉ邐逡逑＾Ｑ邋８邋Ｄ逡逑圖１－１鋅－空氣液流電池結構示意圖逡逑Ｆｉｇ．ｌ？ｌ邋Ｚｉｎｃ－ａｉｒ邋ｆｌｏｗ邋ｂａｔｔｅｒｙ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ逡逑在充電過程中，含有ＯＥＲ催化劑的正極發(fā)生的是氧析出反應，而電解液中的鋅逡逑離子會在金屬負極沉積為金屬鋅；在放電過程中，含有ＯＲＲ催化劑的正極發(fā)生氧還逡逑原反應，負極上的鋅溶解進入電解液中，以鋅離子的狀態(tài)保存到電解液中。從原理上逡逑來說，電池的電解液可以用中性、酸性或堿性水溶液都行，只要其中含有鋅離子。但逡逑由于氧電極在酸性和中性電解液中的動力學過于緩慢，所以最常用的是堿性電解液。逡逑電極反應如下：逡逑正極：邐２０Ｈ—－２ｅ＝邋ｌ／２0２＋Ｈ

把ＮｉＳｘ－ＦｅＯｙ／ＳＣＦＰ放入瓷舟里，送入管式爐，先通１０分鐘氬氣把空氣排盡，后逡逑以７°Ｃ每分鐘的速率升溫到３５０°Ｃ，保持兩小時，使材料充分碳化，再以７°Ｃ分鐘的速逡逑率升溫到９００°Ｃ，保持兩小時，使材料充分活化。最后降至室溫，得到的就是逡逑ＮｉＳｘ－ＦｅＯｙ／ＳＣＦＰ。ＮｉＳｘ－ＦｅＯｙ／ＳＣＦＰ邋的制備示意圖如圖邋２－１邋所示。逡逑

城％）和商業(yè)？１／（：（２０初％）作為工作電極涂覆到＃�？上｀抑柄w裕埃醶玻擔保保蕞g罕１ａ駁母海]3?載量作為ＯＥＲ或ＯＲＲ的對比催化劑。在堿性溶液中加入１０邋ｍＭ邋ＫＳＣＮ，以進一步研逡逑究ＯＥＲ和ＯＲＲ的催化位點，因為其可以和材料中金屬配位，使其失去活性。逡逑鋅－空氣液流電池（ＺＡＦＢ）采用實驗室自己設計的電池結構組裝而成，如圖２－２逡逑所示。所制備的ＮｉＳｘ－ＦｅＯｙ／ＳＣＦＰ涂覆有氣體擴散層（ＧＤＬ）作為正極，有效面積為逡逑０．８ｘ0．８ｃｍ２，而具有相同有效面積的鋅片拋光后作為負極。電解質由８ＭＫＯＨ和０．５逡逑ＭＺｎＯ組成，并不斷由蠕動泵導入電池。電池性能是在室溫下由藍電電池測試系統恒逡逑定電流充電－放電過程中來測試的。逡逑Ｈ邐｜邐（ｉ邋ｆ逡逑＇邐Ｐｕｍｐ逡逑圖２－２鋅空氣液流電池（ＺＡＦＢ）的結構示意圖逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ｂａｔｔｅｒｙ邋ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｓｅｌｆ－ｄｅｓｉｇｎｅｄ邋ｚｉｎｃ邋ａｉｒ邋ｆｌｏｗ邋ｂａｔｔｅｒｉｅｓ逡逑２．３結果與分析逡逑１７逡逑

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 鄧一凡;;液流電池儲能系統應用與展望[J];船電技術;2017年12期

2 ;科學家研制出高性能水相有機液流電池[J];浙江化工;2017年03期

3 ;美研制成功新型液流電池[J];上海節(jié)能;2017年02期

4 ;大連化物所高能量密度低成本液流電池新體系研究獲進展[J];浙江化工;2017年10期

5 ;哈佛發(fā)明新型液流電池壽命超10年[J];大眾科學;2017年02期

6 ;一種能克服液流電池局限性的水溶液液流電池[J];硅酸鹽通報;2014年01期

7 金榮榮;馬立群;尹東明;王立民;;鈰鋅液流電池的研究進展[J];應用化學;2013年08期

8 陳永

本文編號：2750882