某些有机添加剂对全钒液流电池正极电解液性能影响研究

摘要

本文研究了电解液的制备和添加剂对正极电解液稳定性和电化学性能的影响。以柠檬酸为还原剂制备性能优良的钒电池电解液，首次研究了氨基酸作为添加剂对正极电解液稳定性和电化学性能的影响，并比较了含不同官能团（-COOH、-OH、-NH2）的添加剂对正极电解液的影响。主要的研究内容如下:
　　(1)以柠檬酸为还原剂制备电解液，对柠檬酸添加量和反应温度进行了实验条件优化。结果表明，最佳的柠檬酸添加量为n柠∶nV2O5=1∶2.9，最佳的反应温度是80℃。将最优实验条件制备的电解液与电解法制备电解液进行电化学测试比较发现，还原法制备电解液展现出良好的电化学性能，具有实用价值。
　　(2)L-谷氨酸和L-精氨酸两种氨基酸被分别作为正极电解液(2.0M VOSO4+3.0 M H2SO4)添加剂。研究了它们对正极电解液热稳定性和电化学活性的影响。热稳定性测试表明，L-谷氨酸作为添加剂加入正极电解液能够明显的延缓沉淀的生成。循环伏安(CV)测试结果表明L-谷氨酸或L-精氨酸的加入都能提高VO2+/VO2+电极反应的电化学可逆性。VO2+的扩散系数也随着添加剂的加入有了一定的提高。与空白电解液(503.8 mAh)相比，45次充放电循环后含L-谷氨酸电解液拥有更小的放电容量衰减(312.4 mAh)，并且电池的库仑效率和能量效率也有提高，分别提高了1.7％和2.0％。
　　(3)以丁二酸、苹果酸和天门冬氨酸作正极电解液的添加剂比较-COOH、-OH和-NH2三种官能团对正极电解液稳定性和电化学性能的影响。研究结果表明，苹果酸和天门冬氨酸能够显著地提高V(V)电解液的热稳定性。含天门冬氨酸电解液表现出最好的电化学活性:最大的还原峰电流(62.16 mA)、最小的峰电流比(1.24)和最大的扩散系数((1.10～1.39)×10-6 cm2/s)。60 mA/cm2的电流密度下进行30次充放电测试表明，含天门冬氨酸电解液的电池展现出最小的充放电电压平台差值、最长的充放电时间、最高的平均电压效率(80.5％)、能量效率(77.8％)和最小的放电容量衰减（206.6 mAh）。综上，说明含-COOH与-NH2的天门冬氨酸能够有效的提高V(V)电解液的稳定性，并能最好地改善正极电解液的电化学性能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

引言

1．1 全钒氧化还原液流电池

1．1．1 全钒氧化还原液流电池的结构与原理

1．1．2 全钒氧化还原液流电池的特点及应用前景

1．1．3 全钒氧化还原液流电池的发展及研究现状

1．2 全钒氧化还原液流电池的关键材料

1．2．1 隔膜

1．2．2 电极材料

1．2．3 集流体

1．2．4 电解液

1．3 本课题研究的意义及内容

第2章 电解液的制备及条件优化

引言

2．1 实验部分

2．1．1 实验材料与仪器

2．1．2 电解液的制备

2．1．3 化学还原法条件优化

2．1．4 钒离子浓度滴定

2．1．5 循环伏安测试

2．1．6 充放电测试

2．2 结果与讨论

2．2．1 化学还原法条件优化

2．2．2 化学还原法与电解法CV比较

2．2．3 充放电测试

2．3 本章小结

第3章 氨基酸作为全钒液流电池正极电解液添加剂的研究

引言

3．1 实验部分

3．1．1 实验材料与仪器

3．1．2 电解液的制备

3．1．3 V(V)的热稳定性研究

3．1．4 循环伏安测试

3．1．5 充放电测试

3．1．6 紫外可见光谱

3．1．7 拉曼光谱测试

3．2 结果与讨论

3．2．1 热稳定性分析

3．2．2 循环伏安分析

3．2．3 传质过程动力学

3．2．4 添加剂体系钒电解液循环稳定性

3．2．5 充放电分析

3．2．6 紫外可见光谱分析

3．2．7 拉曼光谱分析

3．3 本章小结

第4章 不同官能团对于正极电解液的影响研究

引言

4．1 实验部分

4．1．1 实验材料与仪器

4．1．2 V(V)热稳定性研究

4．1．3 循环伏安测试

4．1．4 充放电测试

4．2 结果与讨论

4．2．1 热稳定性分析

4．2．2 循环伏安分析

4．2．3 电池性能研究

4．3 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢