發(fā)布時(shí)間：2017-09-24 08:08

  本文關(guān)鍵詞：全釩液流電池電解液的研究

  更多相關(guān)文章： 全釩液流電池 添加劑 混酸體系 電化學(xué)性能

【摘要】：全釩液流電池(All Vanadium Redox Flow Battery,簡稱VRB)具有環(huán)境友好、能量轉(zhuǎn)換效率高、壽命長、功率與容量相互獨(dú)立等優(yōu)點(diǎn),在可再生能源蓄電、電網(wǎng)調(diào)峰以及軍用蓄電等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。VRB電池通常采用硫酸作為支持電解質(zhì),但釩離子尤其是五價(jià)釩離子在硫酸體系中易發(fā)生沉淀析出,對電池的穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。為此,一般通過降低電解液中釩離子濃度的方法來規(guī)避這一問題,但由此也引起了VRB電池比能量偏低的問題。從而使得高濃度含釩電解液的研究成為高性能VRB電池的一個(gè)重要研究方向。本文在全面綜述國內(nèi)外VRB電池及其電解液研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上,采用電位滴定、ICP-MS等分析測試方法及CV、EIS等電化學(xué)研究手段對不同電解液體系的穩(wěn)定性及電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,同時(shí)通過電池測試對電解液與電池性能之間的關(guān)系進(jìn)行了綜合評價(jià)。論文首先對硫酸與甲基磺酸混合體系進(jìn)行了較為系統(tǒng)地研究,著重探討了混酸組成對釩離子溶解度、穩(wěn)定性及電池性能的影響。ICP-MS測試結(jié)果表明電解液中硫酸氧釩的溶解度隨著甲基磺酸含量的增加而增大。同時(shí)還發(fā)現(xiàn),甲基磺酸的加入對v(iv)/v(v)電對的電化學(xué)行為具有顯著的影響,當(dāng)電解液中含有0.25mol/l甲基磺酸和2.75mol/l硫酸時(shí)表現(xiàn)出了最佳的綜合性能。電池測試結(jié)果也進(jìn)一步表明該條件下的vrb電池在庫侖效率、電壓效率、能量效率及循環(huán)穩(wěn)定性等方面均顯著優(yōu)于以硫酸為支持電解質(zhì)的電池體系。此外,在該混酸體系條件下還可制備出硫酸氧釩含量達(dá)2mol/l的穩(wěn)定電解液,以此電解液制備的電池充放電平均庫倫效率和能量效率分別高達(dá)95.80%和77.95%,高于傳統(tǒng)的硫酸電解液體系(釩離子濃度約1.5mol/l)。這進(jìn)一步證明了混酸體系(甲磺酸-硫酸)是解決vrb電池比能量偏低的一個(gè)重要研究方向。盡管采用甲磺酸-硫酸混酸體系替代硫酸作為支持電解質(zhì)可顯著提高電池的綜合性能,但甲基磺酸的引入也推高了電池的制造成本。為此,本文在第四章系統(tǒng)地研究一些常見的硫酸鹽對釩液流電池電解液以及電池性能的影響。研究表明硫酸鎂的加入抑制了釩離子間的電化學(xué)反應(yīng),而硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸銨的加入使釩離子的電化學(xué)可逆性和動(dòng)力學(xué)性能都得到了提高,相比之下,3%硫酸銨的加入效果最顯著。電池測試表明3%硫酸銨的電池的平均庫能效率和能量效率分別高達(dá)97.45%和78.18%,相比于空白電池的94.90%和75.18%,分別高出了2.69%和3.99%。另外,在室溫下3%硫酸銨的3mol/l硫酸溶液可以溶解2.5mol/l的硫酸氧釩,電池性能測試出該高濃度電池的具有很好的循環(huán)穩(wěn)定性,并且其庫倫效率一直穩(wěn)定在97%以上,能量效率從73.35%增加到75.58%,這進(jìn)一步說明了該高濃度釩離子電池不僅具有很好的穩(wěn)定性,而且具有優(yōu)良的充放電性能。除了前述硫酸鹽添加劑外,氨基酸作為添加劑在電化學(xué)體系中也得到了廣泛的應(yīng)用。本文第五章主要研究酸性氨基酸和堿性氨基酸對釩電池電解液以及電池性能的影響。電化學(xué)性能測試表明釩離子在氨基酸體系中具有更好的電化學(xué)可逆性和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性能。另外,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明天冬氨基酸的加入最有利于釩離子的電化學(xué)性能的提高,并測出3%是最佳的含量。電池性能測試表明含有3%天冬氨基酸電池的能量效率高達(dá)81.69%,與硫酸電池的77.31%相比,提高了5.67%,這說明了釩離子在該體系中體現(xiàn)出更好的電化學(xué)性能。第六章主要研究了氨基磺酸和�；撬嶙鳛殁C液流電池電解液混酸添加劑對體系的影響,電化學(xué)性能測試表明混酸體系體現(xiàn)出更小的峰電位差以及更高的陽極和陰極峰電流,這說明釩離子在混酸體系中具有更好的電化學(xué)可逆性和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性能。另外,電化學(xué)性能測試表明0.15mol/l氨基磺酸和2.85mol/l硫酸的混酸體系以及0.25mol/l�；撬岷�2.75mol/l硫酸的混酸體系分別是氨基磺酸及�；撬岷土蛩岬淖罴鸦焖岜壤�。電池測試表明�；撬狍w系的能量效率最高,達(dá)到86.35%,比硫酸體系電池(83.96%)高出2.85%。最突出的是在0.25mol/l�；撬岷�2.75mol/l硫酸的混酸體系中可以溶解2.6mol/l的硫酸氧釩溶液,這會(huì)顯著提高釩電池的比容量和比能量,并且該高濃度電池的庫能效率高達(dá)95.14%,但是硫酸氧釩濃度的增加使電池的電壓效率有所降低,導(dǎo)致其能量效率略有下降(維持在81.25%左右)。盡管如此,這對釩電池比容量和比能量的提高是一個(gè)很大的突破,所以�；撬釋τ阝C電池電解液是一種很好混酸添加劑。
【關(guān)鍵詞】：全釩液流電池 添加劑 混酸體系 電化學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)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4-8
• ABSTRACT8-16
• 第一章 文獻(xiàn)綜述16-24
• 1.1 選題背景與研究意義16
• 1.2 全釩液流電池工作原理及特點(diǎn)16-18
• 1.3 全釩液流電池發(fā)展現(xiàn)狀18-23
• 1.3.1 電解液18-20
• 1.3.2 電極材料20-21
• 1.3.3 離子交換膜21-23
• 1.3.4 釩電池堆的設(shè)計(jì)和構(gòu)造23
• 1.4 論文選題目的與意義23-24
• 第二章 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與測試方法24-27
• 2.1 主要化學(xué)試劑及材料24-25
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器25
• 2.3 試驗(yàn)方法25-27
• 2.3.1 循環(huán)伏安法25-26
• 2.3.2 交流阻抗法26
• 2.3.3 充放電測試26-27
• 第三章 硫酸-甲基磺酸混酸體系研究27-36
• 3.1 引言27
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分以及結(jié)果分析27-34
• 3.2.1 電解液的配制27-28
• 3.2.2 在不同體系中VO~(2+)濃度的測量28
• 3.2.3 電化學(xué)性能測試（CV和EIS測試）28-32
• 3.2.4 五價(jià)釩離子穩(wěn)定性的研究32
• 3.2.5 電池性能測試分析32-34
• 3.3 本章小結(jié)34-36
• 第四章 硫酸鹽類無機(jī)添加劑的研究36-44
• 4.1 引言36
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分以及結(jié)果分析36-43
• 4.2.1 電解液的制備36
• 4.2.2 CV和EIS測試分析36-40
• 4.2.3 五價(jià)釩離子熱穩(wěn)定性的研究40
• 4.2.4 電池性能測試分析40-41
• 4.2.5 高濃度電池研究41-43
• 4.3 本章小結(jié)43-44
• 第五章 氨基酸類有機(jī)添加劑的研究44-52
• 5.1 引言44
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分以及結(jié)果分析44-50
• 5.2.1 電解液的制備44
• 5.2.2 CV和EIS測試分析44-47
• 5.2.3 紫外-可見光譜測試分析47-48
• 5.2.4 五價(jià)釩離子熱穩(wěn)定性的研究48-49
• 5.2.5 電池性能測試分析49-50
• 5.3 本章小結(jié)50-52
• 第六章 �；撬�/硫酸體系、氨基磺酸/硫酸體系的研究52-61
• 6.1 引言52
• 6.2 實(shí)驗(yàn)部分以及結(jié)果分析52-59
• 6.2.1 電解液的制備52
• 6.2.2 CV和EIS測試分析52-56
• 6.2.3 五價(jià)釩離子熱穩(wěn)定性的研究56-57
• 6.2.4 電池性能測試分析57-59
• 6.3 本章小節(jié)59-61
• 第七章 總結(jié)與展望61-63
• 7.1 總結(jié)61-62
• 7.2 展望62-63
• 參考文獻(xiàn)63-69
• 致謝69

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 朱華琴;李偉善;;全釩氧化還原液流電池關(guān)鍵材料研究現(xiàn)狀[J];電池工業(yè);2008年01期

2 楊春;王金海;謝曉峰;尚玉明;王樹博;毛宗強(qiáng);;丙三醇對釩液流電池電解液影響的交流阻抗研究[J];化工學(xué)報(bào);2011年S1期

3 龍飛;陳金慶;王保國;;全釩液流電池用離子交換膜的制備[J];天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2008年04期

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本文編號：910275