本文關(guān)鍵詞：面向全釩液流電池的低成本磺化聚醚醚酮復(fù)合離子膜研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：全釩液流電池具有容易規(guī)�；�、循環(huán)壽命長、選址自由等優(yōu)點成為目前最受關(guān)注、發(fā)展最快、最具前景的大規(guī)模儲能技術(shù)之一。離子交換膜是全釩液流電池的核心材料,全氟磺酸型Nafion膜是目前全釩液流電池主要使用的離子交換膜,但其價格昂貴和釩離子滲透嚴(yán)重等問題制約了全釩液流電池的發(fā)展。開發(fā)低成本、高選擇性離子膜是推進(jìn)全釩液流電池大規(guī)模應(yīng)用的重要前提,磺化聚醚醚酮(sulfonated poly(ether ether ketone),SPEEK)膜具有低成本、高選擇性、易規(guī)�；苽涞葍�(yōu)點而有望替代Nafion膜在全釩液流電池中得到應(yīng)用。本論文選擇低成本SPEEK膜為研究對象,通過無機復(fù)合、多孔填充和表面涂覆的方法對其進(jìn)行修飾改性,制備復(fù)合離子膜,通過多種測試表征評價復(fù)合膜的綜合性能和改性的效果。利用具有二維結(jié)構(gòu)的石墨烯和氧化石墨烯納米片進(jìn)行無機復(fù)合,制備SPEEK復(fù)合膜。在SPEEK基體中分散均勻的納米片,可以充當(dāng)釩離子滲透的壁壘,降低了復(fù)合膜的VO2+滲透率;同時它們和SPEEK基體之間的氫鍵等界面相互作用提高了復(fù)合膜的機械性能和穩(wěn)定性,最后提高了復(fù)合膜的全釩液流電池性能。在80mAcm-2電流密度下,Nafion 117、S/G和S/GO 2各膜組裝的全釩液流電池的庫侖效率分別為:92.8%、96.4%和96.9%;Nafion 117、S/G和S/GO 2各膜組裝的全釩液流電池循環(huán)300圈后的容量保持率分別為:16.2%、56.3%和50.1%。采用高強度和穩(wěn)定性的聚四氟乙烯多孔膜為基體制備填充復(fù)合膜,大幅度提高了S/GO膜的循環(huán)穩(wěn)定性。S/GO 2@PTFE膜組裝的全釩液流電池在80 mA cm-2電流密度下充放電循環(huán)持續(xù)運行多達(dá)1200圈,庫侖效率穩(wěn)定(~99%),容量衰減很少。采用聚多巴胺對SPEEK膜進(jìn)行表面包覆,制備PDA/SPEEK復(fù)合膜。結(jié)果表明:聚多巴胺薄層可抑制釩離子遷移,同時又是一層保護膜,防止膜受強酸性、高氧化性釩電解液的侵蝕,提高膜的離子選擇性,增強膜的機械性能和穩(wěn)定性。優(yōu)選的PDA/SPEEK復(fù)合膜相對于Nafion 117膜表現(xiàn)出更高的全釩液流電池庫侖效率(80mAcm-2下,92.8%vs 98.8%)和更好的循環(huán)穩(wěn)定性(150圈循環(huán)后,容量保持率:34%vs 70%)。綜上,石墨烯和氧化石墨烯無機復(fù)合、聚四氟乙烯多孔填充、聚多巴胺表面包覆制備的SPEEK復(fù)合膜都可以不同程度地提高SPEEK膜的各種性能和穩(wěn)定性,適于低成本、高效率、長壽命的全釩液流電池的應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】：全釩液流電池 離子交換膜 磺化聚醚醚酮 石墨烯 聚多巴胺包覆
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 引言8-23
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 全釩液流電池結(jié)構(gòu)和原理9-10
• 1.3 全釩液流電池特點10-11
• 1.4 全釩液流電池應(yīng)用11
• 1.5 全釩液流電池國內(nèi)外研發(fā)現(xiàn)狀11-12
• 1.6 全釩液流電池的關(guān)鍵材料12-18
• 1.6.1 電解液13-14
• 1.6.2 電極14
• 1.6.3 離子交換膜14-18
• 1.7 研究意義及研究內(nèi)容18-23
• 1.7.1 研究意義18-20
• 1.7.2 研究內(nèi)容20-23
• 第2章 實驗部分23-35
• 2.1 實驗試劑與材料23-24
• 2.2 測試儀器24
• 2.3 磺化聚醚醚酮膜的制備24-25
• 2.4 性能表征25-30
• 2.4.1 微觀形貌25
• 2.4.2 傅立葉變換紅外光譜25
• 2.4.3 吸水率和溶脹率25-26
• 2.4.4 離子交換容量和質(zhì)子導(dǎo)電率26
• 2.4.5 VO~(2+)滲透率和離子選擇性26-27
• 2.4.6 機械性能和熱穩(wěn)定性27-28
• 2.4.7 化學(xué)穩(wěn)定性28
• 2.4.8 全釩液流電池組裝與性能測試28-30
• 2.5 磺化聚醚醚酮膜的優(yōu)選30-35
• 第3章 磺化聚醚醚酮/石墨烯復(fù)合膜35-49
• 3.1 引言35-36
• 3.2 膜制備與膜形貌36-38
• 3.3 物化性能38-39
• 3.4 VO~(2+)滲透率和離子選擇性39-40
• 3.5 機械性能和化學(xué)穩(wěn)定性40
• 3.6 化學(xué)穩(wěn)定性40-42
• 3.7 全釩液流電池性能42-48
• 3.8 本章小結(jié)48-49
• 第4章 磺化聚醚醚酮/氧化石墨烯復(fù)合膜及其多孔聚四氟乙烯填充膜49-69
• 4.1 引言49-50
• 4.2 膜制備與膜形貌50-52
• 4.3 傅立葉變換紅外光譜52-53
• 4.4 物化性能53-54
• 4.5 VO~(2+)滲透率和離子選擇性54-57
• 4.6 機械性能和熱穩(wěn)定性57-58
• 4.7 全釩液流電池性能58-68
• 4.8 本章小結(jié)68-69
• 第5章 聚多巴胺包覆磺化聚醚醚酮復(fù)合膜69-80
• 5.0 引言69-70
• 5.1 膜制備與膜形貌70-72
• 5.2 機械性能和熱穩(wěn)定性72-74
• 5.3 質(zhì)子導(dǎo)電率、VO~(2+)滲透率和離子選擇性74-76
• 5.4 全釩液流電池性能76-79
• 5.5 本章小結(jié)79-80
• 第6章 總結(jié)80-82
• 參考文獻(xiàn)82-88
• 致謝88-90
• 個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果90-91

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