全沉积型铅酸液流电池电极改性的研究

摘要

利用化学电源进行蓄电储能，可以不受地理条件限制，有望实现大规模储能，具有重大社会经济价值。氧化还原液流电池是一种大容量的储能电池，是为电网调峰而积极研制开发的电池体系，也可以与风力发电机、太阳能电池相配套。2004年由Pletcher等人提出的全沉积型铅酸液流电池，其正负极均使用CH3SO3H+Pb(CH3SO3)2电解液，不需要隔膜，因而避免了液相储能液流电池的交叉污染和昂贵的离子交换膜问题，具有较大的实用性。另外，该电池体系的电势高于Fe/Cr，全钒液流电池，提高了电池的储存能量，因此全沉积型铅酸液流电池是一种很有发展前景的电池体系。但这种电池的研究和开发仅处于起步阶段，尚有很多问题需要进行深入的研究。
　　本论文采用旋转圆盘电极（RDE）实验研究Pb()Ⅱ→PbO2电极反应动力学特征。根据测得的阳极极化曲线，计算出Pb()Ⅱ→PbO2电极反应的动力学参数：平衡电极电位0eqE=1.32V vs. SCE，电荷传递电阻 ctR=3016.21Ω·cm2，由Tafel直线外推法求出反应的交换电流密度0i=1.7026×10-5A·cm-2，电荷传递系数b=0.1378。
　　实验研究了PbO2/Pb()Ⅱ及Pb()Ⅱ/Pb电对在Pt电极上的循环伏安特性。实验表明，PbO2/Pb()Ⅱ电对的可逆性较差，且PbO2的沉积反应存在着较大的过电位，造成电池较大的能量损失；Pb()Ⅱ/Pb电对的氧化还原反应则比较容易进行，且反应过电位较小。
　　实验还研究了PbO2/Pb()Ⅱ电对在石墨、石墨毡、石墨-乙炔黑复合压片电极上的循环伏安行为。实验表明，三种电极材料均对PbO2/Pb()Ⅱ电对具有较好的电催化性能。在相同的实验条件下，PbO2在三种电极材料上沉积量的大小次序依次是：石墨毡电极>石墨-乙炔黑复合电极>石墨电极。随着电位扫描循环次数的增加，三种电极材料上 PbO2→Pb()Ⅱ反应的还原峰电位均向负移，负移幅度大小次序依次是：石墨毡电极>石墨-乙炔黑复合电极>石墨电极。采用热处理、酸处理方法对石墨、石墨毡电极进行了预处理。循环伏安测试结果表明，酸处理对石墨电极的电催化性能未见有改善作用。而对石墨毡电极进行酸处理后，PbO2→Pb()Ⅱ反应的过电位减小。
　　采用恒流充放电技术研究了PbO2/Pb()Ⅱ单电极在石墨、石墨毡电极上的充放电性能。充放电电流密度为10 mA·cm-2时，石墨电极上库仑效率可达到73.73％，能量效率可达58.06%；但电流密度增至50 mA·cm-2时，电池的充放电性能明显下降，因此，石墨材料具有发展成为全沉积型铅酸液流电池正极材料的较大潜力，但是其不适合大电流放电。与石墨电极相比，酸处理石墨毡电极更适合于大电流充放电。当充放电电流密度增至50mA·cm-2时，酸处理石墨毡电极库仑效率仍在80%以上，且能量效率也在60%左右，可见，石墨毡电极是全沉积型铅酸液流电池较合适的正极材料，且适于大电流充放电。

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1 引言

1.1 液流电池的概念和特点

1.2 液流电池的分类

1.3 全钒氧化还原液流电池—无沉积型液流电池

1.4 锌/溴液流电池—单沉积型液流电池

1.5 全沉积型铅酸液流电池—全沉积型液流电池

1.6 论文的研究内容和意义

2 实验

2.1 主要仪器

2.2 材料与试剂

2.3 电解液的制备

2.4电化学测试方法

2.5 实验部分

3 实验结果及讨论

3.1旋转圆盘电极实验结果与讨论

3.2 Pb(Ⅱ)在Pt电极上的循环伏安行为研究

3.3电位扫描速度对PbO2/Pb (Ⅱ)体系氧化还原行为的影响

3.4 PbO2/Pb (Ⅱ)在不同电极材料上的氧化还原行为

3.5 PbO2/Pb(Ⅱ)单电极在不同电极材料上的充放电行为

3.6 Pb( )Ⅱ/Pb单电极在不同电极材料上的充放电行为

4 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

致谢

参考文献

附 录