本文關(guān)鍵詞：電化學(xué)改性石墨電極對釩和鈦離子電對的電催化作用研究

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【摘要】：氧化還原液流電池(Redox Flow Battery)是一種新型的大規(guī)模高效儲能裝置,由于其具有循環(huán)壽命長、深度充電、設(shè)計靈活、維護(hù)簡單等優(yōu)點,成為最有潛力實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的儲能裝置之一,受到了廣泛的關(guān)注。電極作為氧化還原液流電池的關(guān)鍵材料之一,對電池的性能具有重要影響。目前氧化還原液流電池所用電極材料主要是炭電極,然而傳統(tǒng)炭材料電極的電化學(xué)活性較差,制約了其廣泛應(yīng)用。本論文采用恒電流階躍方法在2 mol/L HClO4溶液中對石墨電極進(jìn)行電化學(xué)改性。通過循環(huán)伏安、電化學(xué)阻抗譜方法研究其電容性能和對V(V)/V(IV), V(Ⅲ)N(Ⅱ)和Ti(Ⅳ)/Ti(Ⅲ)的電催化性能,發(fā)現(xiàn)循環(huán)5次后的石墨電極具有最好的電容性能(比電容達(dá)到1.29 F/cm2)和電催化活性。對未改性石墨電極和循環(huán)5次的電化學(xué)改性石墨電極在釩和鈦的硫酸溶液中進(jìn)行電化學(xué)性能對比測試,研究電化學(xué)改性石墨電極對V(Ⅴ)/V(Ⅳ)、V(Ⅲ)/V(Ⅱ)和Ti(Ⅳ)/Ti(Ⅲ)的電催化作用,并對電催化機(jī)理進(jìn)行探討。研究表明,經(jīng)過電化學(xué)改性之后的石墨電極上氧化還原反應(yīng)表現(xiàn)出更好的可逆性,峰電流強(qiáng)度顯著增強(qiáng),峰電位差減小,電化學(xué)改性石墨電極對V(Ⅴ)/V(Ⅳ)、V(Ⅲ)/V(Ⅱ)和Ti(Ⅳ)/Ti(Ⅲ)具有明顯的電催化作用,提出了受電位影響的電極表面含氧官能團(tuán)電對與金屬離子電對間的氧化還原反應(yīng)的協(xié)同催化作用機(jī)理。處于較高極化電位下的羧基和羰基對氧化還原電位較正的V(Ⅴ)/V(Ⅳ)電對產(chǎn)生協(xié)同催化作用,而較低極化電位下的羥基和羰基對氧化還原電位較負(fù)的V(Ⅲ)/V(Ⅱ)和Ti(Ⅳ)/Ti(Ⅲ)電對產(chǎn)生協(xié)同催化作用。以循環(huán)5次的電化學(xué)改性石墨電極為工作電極,V(Ⅴ)/V(Ⅳ)和Ti(Ⅳ)/Ti(Ⅲ)為正、負(fù)極活性物質(zhì)組裝成電池進(jìn)行充放電測試。經(jīng)測試充放電性能良好,在10mA/cm2下恒流充放電,電壓效率為90.91%,能量效率達(dá)到83.44%。
【關(guān)鍵詞】：電化學(xué)改性石墨 電催化 氧化還原液流電池 釩 鈦 贗電容
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-23
• 1.1 引言11-12
• 1.2 氧化還原液流電池的工作原理與特點12
• 1.3 氧化還原液流電池的發(fā)展12-16
• 1.3.1. 氧化還原液流電池的發(fā)展歷史12-15
• 1.3.2 新型氧化還原液流電池的研究進(jìn)展15-16
• 1.4. 氧化液流電池中炭材料的電催化性能16-21
• 1.4.1. 炭材料對Ti(Ⅳ)/Ti(Ⅲ)電對的電化學(xué)活性17
• 1.4.2. 炭材料對釩電對的電化學(xué)活性17-21
• 1.4.2.1. 表面官能團(tuán)對釩電對的催化作用17-20
• 1.4.2.2. 金屬基催化劑對釩電對的催化作用20-21
• 1.5 本文的選題背景、研究內(nèi)容和創(chuàng)新點21-23
• 1.5.1 本文的研究意義21
• 1.5.2 本文的研究內(nèi)容21-22
• 1.5.3 創(chuàng)新點22-23
• 第二章 不同循環(huán)次數(shù)電化學(xué)改性石墨電極的電容與電催化性能23-36
• 2.1 引言23-24
• 2.2 實驗部分24-26
• 2.2.1 實驗試劑與儀器24
• 2.2.2 不同循環(huán)次數(shù)電化學(xué)改性石墨電極的制備24-25
• 2.2.3 循環(huán)伏安測試25
• 2.2.4 電化學(xué)阻抗譜25-26
• 2.3 結(jié)果與討論26-35
• 2.3.1 不同循環(huán)次數(shù)電化學(xué)改性石墨電極的電容性能26-28
• 2.3.2 不同循環(huán)次數(shù)電化學(xué)改性石墨電極對V(Ⅴ)/V(Ⅵ)和V(Ⅲ)/V(Ⅱ)的電催化性能28-33
• 2.3.3 不同循環(huán)次數(shù)電化學(xué)改性石墨電極對Ti(Ⅳ)/Ti(Ⅲ)的電催化性能33-35
• 2.4 本章小結(jié)35-36
• 第三章 電化學(xué)改性石墨電極對V(Ⅴ)/V(Ⅳ)和V(Ⅲ)/V(Ⅱ)的電催化作用36-43
• 3.1 引言36
• 3.2 實驗部分36-37
• 3.3 結(jié)果與討論37-42
• 3.3.1 電化學(xué)改性石墨電極對V(Ⅴ)/V(Ⅳ)的電催化作用37-40
• 3.3.2 電化學(xué)改性石墨電極對V(Ⅲ)/V(Ⅱ)的電催化作用40-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 第四章 電化學(xué)改性石墨電極對Ti(Ⅳ)/Ti(Ⅲ)的電催化作用43-49
• 4.1 引言43
• 4.2 實驗部分43-44
• 4.2.1 循環(huán)伏安測試43
• 4.2.2 交流阻抗測試43-44
• 4.3 結(jié)果與討論44-48
• 4.3.1 循環(huán)伏安分析44-46
• 4.3.2 電化學(xué)阻抗譜分析46-48
• 4.4 本章小結(jié)48-49
• 第五章 含氧官能團(tuán)對V(Ⅴ)/V(Ⅳ)、V(Ⅲ)/V(Ⅱ)和Ti(Ⅳ)/Ti(Ⅲ)反應(yīng)的催化機(jī)制和V/Ti電池充放電測試49-56
• 5.1 引言49-50
• 5.2 實驗部分50-52
• 5.2.1 實驗試劑與儀器50
• 5.2.2 循環(huán)壽命測試50
• 5.2.3 恒電流充放電測試50-52
• 5.3 結(jié)果與討論52-55
• 5.3.1 含氧官能團(tuán)對V(Ⅴ)/V(Ⅳ)、V(Ⅲ)/V(Ⅱ)和Ti(Ⅳ)/Ti(Ⅲ)反應(yīng)的催化機(jī)制探討52-54
• 5.3.2 模擬電池充放電測試54-55
• 5.4 本章小結(jié)55-56
• 第六章 結(jié)論56-58
• 6.1 論文主要結(jié)論56-57
• 6.2 展望57-58
• 參考文獻(xiàn)58-66
• 致謝66-67
• 個人簡歷67
• 發(fā)表的學(xué)術(shù)論文67

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本文編號：898468