全钒液流电池石墨毡电极的金属氧化物修饰

摘要

全钒液流电池（Vanadium redox flow battery, VFB）是一种极有前途的电化学储能系统，能够大范围应用于可再生能源的能量储存，已经在多个项目中试验成功。但由于VFB能量密度低，制约了大规模生产。为此，对VFB的组成材料进行了大量研究来提高其性能和能量密度。电极是VFB的关键组成部分之一，是活性物质的反应场所，石墨毡由于具有高的比表面积，可以提供更多的活性位点，被认为是适合的电极材料。
　　本文对石墨毡分别在400℃、500℃和600℃下进行了热处理，利用循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)、动电位极化曲线和红外光谱（IR）进行了测试。实验结果表明:石墨毡表面由于形成了-OH键和-COOH键，对VO2+/VO2+电对具有显著的催化作用，显著提高了石墨毡表面的电化学性能，实验确定石墨毡热处理的最佳温度为500℃。在热处理的基础上，对石墨毡进行了Ga2O3、SnO2及Y掺杂SnO2修饰，并通过循环伏安、交流阻抗、动电位极化曲线和充放电实验评价了其电化学性能，通过扫描电镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)分析了其微观变化。结果表明:以上修饰均能提高VFB的电化学性能，增大VFB的充放电容量，主要原因是Ga2O3和SnO2均含有氧空位，可以与VO2+/VO2+电对相结合，促进电对之间的转化;SnO2由于导电性不好，导致电池能量效率降低，掺杂Y后，可以提高SnO2晶体内的电子传导能力，增加SnO2的表面积，从而提高VFB的能量效率和充放电容量;Ga和Sn热分解的最佳浓度为0.1M，Y掺杂的最佳百分比为2％。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 储能电池概述

1．1．1 铅酸电池

1．1．2 钠硫电池

1．1．3 锌-溴液流电池

1．2 全钒液流电池

1．2．1 全钒液流电池原理与结构

1．2．2 全钒液流电池的性能特点

1．2．3 全钒液流电池的发展情况

1．3 全钒液流电池电极材料

1．3．1 金属类电极

1．3．2 碳素类电极

1．3．3 复合电极

1．4 石墨毡电极的改性

1．4．1 石墨毡表面官能团化

1．4．2 石墨毡表面附载活性物质

1．5 本课题研究的意义及内容

第二章 石墨毡热处理及其性能表征

2．1 实验部分

2．1．1 实验材料与设备

2．1．2 电解液的制备

2．1．3 石墨毡热处理

2．1．4 石墨毡循环伏安测试

2．1．5 石墨毡交流阻抗测试

2．1．6 石墨毡动电位极化曲线测试

2．1．7 石墨毡红外光谱测试

2．2 结果与讨论

2．2．1 循环伏安测试结果

2．2．2 交流阻抗测试结果

2．2．3 动电位曲线测试结果

2．2．4 红外光谱测试结果

2．3 本章小结

第三章 氧化镓修饰石墨毡的性能研究

3．1 实验部分

3．1．1 实验材料与设备

3．1．2 三价钒的制备

3．1．3 石墨毡的氧化镓修饰

3．1．4 石墨毡循环伏安测试

3．1．5 石墨毡交流阻抗测试

3．1．6 石墨毡动电位曲线测试

3．1．7 石墨毡扫描电镜测试

3．1．8 石墨毡XPS测试

3．1．9 单电池充放电测试

3．2 结果与讨论

3．2．1 循环伏安测试结果

3．2．2 交流阻抗测试结果

3．2．3 动电位曲线测试结果

3．2．4 扫描电镜测试结果

3．2．5 XPS测试结果

3．2．6 单电池充放电测试结果

3．3 本章小结

第四章 氧化锡及钇掺杂氧化锡修饰石墨毡的性能研究

4．1 实验部分

4．1．1 实验材料与设备

4．1．2 石墨毡的氧化锡及钇掺杂氧化锡修饰

4．1．3 石墨毡循环伏安测试

4．1．4 石墨毡交流阻抗测试

4．1．5 石墨毡动电位曲线测试

4．1．6 石墨毡扫描电镜测试

4．1．7 石墨毡XPS测试

4．1．8 单电池充放电测试

4．2 结果与讨论

4．2．1 循环伏安测试结果

4．2．2 交流阻抗测试结果

4．2．3 动电位曲线测试结果

4．2．4 扫描电镜测试结果

4．2．5 XPS测试结果

4．2．6 机理分析

4．2．7 单电池充放电测试结果

4．3 本章小结

第五章 结论及展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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