高效液流储能钒电池用石墨毡电极的研究

摘要

论文围绕钒电池用石墨毡电极材料的表面改性，着重考察了石墨毡的电化学氧化处理，初步探讨了正极电对V(IV)／V(V)在石墨毡电极上的反应机理，主要内容如下： 首次报道了钒电池用石墨毡电极的电化学氧化处理方法。研究发现，电化学氧化能大大提高石墨毡在钒电池中的电化学活性。电池在30 mA·cm<'-2>下放电，电压效率可达85％，电流效率在95％左右，充放电性能优于用酸及热处理得到的结果，且循环性能稳定。电极氧化程度愈大，电化学活性愈好。 采用X射线光电子能谱(XPS)、红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、BET／N<,2>、交流阻抗等多种分析技术研究了石墨毡电极的电化学活化机理。XPS及FT-IR分析表明，电化学处理主要增加的是石墨毡内碳纤维表面的O／C比例和含氧官能团的数目，尤其是COOH官能团的含量。SEM及BET／N<,2>分析表明电化学氧化增大了石墨毡的表面积，即增大了电极反应面积。交流阻抗分析表明电化学氧化主要降低了电极反应过程中电荷传递电阻，可归因于碳纤维表面COOH官能团含量的增加，形成了-C-O-V-键，有利于电子的得失与O原子在VO<'2+>和VO<,2><'+>间传递。 借助循环伏安、极化曲线及交流阻抗等电化学方法研究了正极电对V(IV)／V(V)在石墨毡电极上的反应机理。循环伏安分析表明，V(IV)到V(V)的氧化反应属于准可逆过程，且氧化过程包含了后置化学转化步骤。极化曲线及交流阻抗研究表明，电荷传递步骤可能是整个反应的控制步骤。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第二章石墨毡电极材料的表面修饰

第三章电化学氧化提高石墨毡电极活性的机理研究

第四章电极反应机理研究

第五章结论与展望

参考文献

致谢

硕士期间主要研究成果