钒电池正极电解液以及有机液流电池的电化学性能研究

摘要

在液流电池中，电解液既作为电池的离子导体，又作为能量的储存介质，所以电解液的性能决定了电池的整体性能。本文采用甲基磺酸作为钒电解液的支持电解质，来提高电解液的电化学性能以及热稳定性;同时结合液流电池以及具有电化学活性的有机物的优点，首次提出了全有机液流电池（AORFB）的概念。主要研究内容和结论如下:
　　 (1)通过电解法电解以甲基磺酸为支持电解质的钒电解液，结果表明，先采用石墨电极后采用石墨毡电极进行电解时，电解过程的库伦效率最高;并且采用这种方法电解出的电解液极化最小(循环伏安峰电位差为82 mV)，循环伏安峰电流最大(52.5 mA)，且充放电性能最好。
　　 (2)通过对2 mol/L V(Ⅳ)在不同浓度硫酸和甲基磺酸中的电化学活性进行循环伏安测试、极化曲线测试、充放电曲线测试、以及热稳定性测试。实验表明，2 mol/L V(Ⅳ)在7 mol/L甲基磺酸中的电化学活性最优，此时电解液的极化最小(峰电位差为82 mV)，扩散系数最大((0.94-1.52)×10-6 cm2/s)，电荷传递电阻最小(5.61Ω)，交换电流密度最大(4.57×10-3 A/cm2)，电极反应速度常数最大（4.74×10-5 cm/s），将此电解液组装电池进行充放电时，电池的电压效率和能量效率较高，并且五价钒离子在7 mol/L MSA中的热稳定性最好。
　　 (3)将正、负极活性物质2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧基(TEMPO)和邻苯二甲酰亚胺分别溶解于支持电解液（1 mol/L NaC1O4的乙腈溶液）中，做为AORFB的正负极电解液，通过对正负极电解液的循环伏安测试，可以看出此体系为准可逆体系。根据不同扫速下循环伏安图可以计算得到TEMPO的扩散系数在(0.67-1.09)×10-5 cm2/s范围内，邻苯二甲酰亚胺的扩散系数在(0.66-1.06)×10-5 cm2/s范围内。采用静态电池对AORFB的充放电性能进行测试，从充放电图中可以看出，电池的充放电曲线平稳，而且重现性较好。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 液流电池的概念及其分类

1．3 全钒氧化还原液流电池

1．3．1 全钒氧化还原液流电池的发展历程

1．3．2 全钒氧化还原液流电池的结构和原理

1．3．3 全钒氧化还原液流电池的关键部件

1．3．4 全钒氧化还原液流电池的特点和应用

1．4 全钒氧化还原液流电池电解液

1．4．1 电解液的制备

1．4．2 电解液的优化

1．5 全有机液流电池

1．6 本课题研究的意义及内容

第二章 电解液的制备及电化学性能测试

2．1 实验部分

2．1．1 实验试剂与仪器

2．1．2 电解液的制备

2．1．3 循环伏安测试

2．1．4 充放电测试

2．2 结果与讨论

2．2．1 电解法电极的选择

2．2．2 循环伏安测试

2．2．3 充放电测试

2．3 本章小结

第三章 钒电池电解液电化学性能及热稳定性测试

3．1 实验部分

3．1．1 实验试剂与仪器

3．1．2 电解液的制备

3．1．3 三电极体系准备

3．1．4 电化学性能测试

3．1．5 电解液中钒离子浓度测定

3．2 结果与讨论

3．2．1 循环伏安测试

3．2．2 扩散系数的测定

3．2．3 极化曲线测试

3．2．4 充放电测试

3．2．5 电解液热稳定性测试

3．3 本章小结

第四章 全有机液流电池的研究

4．1 实验部分

4．1．1 实验试剂及仪器

4．1．2 电解液的制备

4．1．3 循环伏安测试

4．1．4 电池的组装

4．2 结果讨论

4．2．1 电解液中活性物质以及支持电解质的选取

4．2．2 循环伏安测试

4．2．3 扩散系数的测定

4．2．4 充放电测试

4．3 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果