改性石墨毡在蒽醌衍生物溶液中的电化学性能研究

摘要

醌基液流电池是一种新型有机液流电池，其以蒽醌衍生物作为电解液活性物质，具有安全、环保、价格低廉等优势，因而受到学者的广泛关注。电极材料的选择是改善电池性能的较重要的部分，目前尚未有对以石墨毡材料作为醌基液流电池中电极材料的研究报道，故本文主要探究了以不同处理方法对石墨毡电极表面改性以及这些改性电极对五种蒽醌衍生物电解质的催化作用。 通过热处理、酸处理、混合处理和氮元素掺杂这四种处理方法对石墨毡电极进行表面改性，采用SEM、XRD和XPS对改性后石墨毡电极表面形貌、晶体结构和表面化学状态进行表征，同时运用循环伏安和交流阻抗考察改性后石墨毡电极的电催化性能。 由物理测试结果可知：经表面改性后的石墨毡纤维表面杂质减少，晶格参数减小，表面含氧官能团的含量有所增加。这些改变均有利于石墨毡电极的电催化性能的提高。电化学测试进一步表明了改性石墨毡电极对蒽醌衍生物电解质的催化性能确有提高，其中空气热处理后样品的电催化性能提高最为显著，并且热处理的温度和时间均对改性后样品的催化性能有所影响。同时发现，当蒽醌衍生物的官能团的种类、个数和取代位置发生改变时，均会对反应过程产生一定的影响。当官能团的个数越多，取代位置距离C=O越近时，其对蒽醌衍生物C=O反应的阻碍作用越明显。综合所有测试结果可知：经550℃空气热处理3小时的石墨毡样品在蒽醌-2-磺酸钠电解质溶液中的电化学性能及可逆性能最优。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 氧化还原液流电池

1.1.1 液流电池的工作原理

1.1.2 液流电池的电极材料

1.1.3 液流电池的隔膜

1.1.4 液流电池的氧化还原电对

1.2 无机液流电池的研究进展

1.2.1 全钒液流电池研究现状

1.2.2 其它无机液流电池研究现状

1.3 有机液流电池的研究进展

1.4 半固态液流电池的研究进展

1.5 石墨毡的表面处理

1.6 研究目的与内容

第二章 实验原理及方法

2.1 仪器与试剂

2.2 石墨毡的前处理

2.2.1 酸处理过程

2.2.2 混合酸处理过程

2.2.3 空气热处理过程

2.2.4 真空热处理过程

2.2.5 空气-真空混合热处理过程

2.2.6 酸、热混合处理过程

2.2.7 氮掺杂处理过程

2.3 物理测试

2.3.1 X-射线衍射分析（XRD）

2.3.2 X-射线光电子能谱（XPS）

2.3.3 扫描电子显微镜（SEM）

2.4 电化学研究方法

2.4.1 电化学测试体系

2.4.2 循环伏安测试（CV）

2.4.3 交流阻抗测试（EIS）

2.5 蒽醌衍生物的选择

第三章 热处理石墨毡在蒽醌衍生物溶液中的电化学性能

3.1 热处理石墨毡的物理表征

3.1.1 热处理石墨毡的XRD表征

3.1.2 热处理石墨毡的SEM表征

3.1.3 热处理石墨毡的XPS表征

3.2 热处理石墨毡在五种蒽醌衍生物溶液中的电化学性能

3.2.1 热处理石墨毡在蒽醌-2-磺酸钠溶液中的电化学性能

3.2.2 热处理石墨毡在蒽醌-1-磺酸钠溶液中的电化学性能

3.2.3 热处理石墨毡在茜素红溶液中的电化学性能

3.2.4 热处理石墨毡在蒽醌-2,7-二磺酸二钠溶液中的电化学性能

3.2.5 热处理石墨毡在蒽醌-1,5-二磺酸二钠溶液中的电化学性能

3.3 热处理石墨毡在五种蒽醌衍生物溶液中的电化学行为比较

3.4 本章小结

第四章 酸处理石墨毡在蒽醌衍生物溶液中的电化学性能

4.1 酸处理石墨毡的物理表征

4.1.1 酸处理石墨毡的XRD表征

4.1.2 酸处理石墨毡的SEM表征

4.1.3 酸处理石墨毡的XPS表征

4.2 酸处理石墨毡在五种蒽醌衍生物溶液中的电化学性能

4.2.1 酸处理石墨毡在蒽醌-2-磺酸钠溶液中的电化学性能

4.2.2 酸处理石墨毡在蒽醌-1-磺酸钠溶液中的电化学性能

4.2.3 酸处理石墨毡在茜素红溶液中的电化学性能

4.2.4 酸处理石墨毡在蒽醌-2,7-二磺酸二钠溶液中的电化学性能

4.2.5 酸处理石墨毡在蒽醌-1,5-二磺酸二钠溶液中的电化学性能

4.3 酸处理石墨毡在五种蒽醌衍生物溶液中的电化学行为比较

4.4 本章小结

第五章 其它方法改性石墨毡在蒽醌衍生物溶液中的电化学性能

5.1 酸-热混合处理石墨毡在蒽醌衍生物溶液中的电化学性能

5.1.1 酸-热混合处理石墨毡的物理表征

5.1.2 酸-热混合处理石墨毡在五种蒽醌衍生物溶液中的电化学性能

5.2 氮掺杂石墨毡在蒽醌衍生物溶液中的电化学性能

5.2.1 氮掺杂石墨毡的物理表征

5.2.2 氮掺杂石墨毡在五种蒽醌衍生物溶液中的电化学性能

5.3 两种改性石墨毡在五种蒽醌衍生物溶液中的电化学行为比较

5.4 本章小结

第六章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢