温度对钒液流电池电解液物性及单电池性能影响的实验研究

摘要

温度变化对全钒液流电池性能有明显的影响，这在现有的相关研究中已经有所报道。然而温度变化与电池的性能之间存在怎样的影响关系，温度是通过什么途径来影响全钒液流电池的，这是一个一直存在而未被解答的问题。全钒液流电池内部，电活性物质的反应和传递是一个复杂的多物理场耦合的传热传质问题。而在全钒液流电池的关键区域，电活性物质的离子传递过程直接影响了电池性能表现。
　　本研究通过理论分析了全钒液流电池中电极内部和膜的区域的主要传质方式，提出了在电池的电极表面参与反应的离子的主要传质方式为扩散过程，而在膜中及其两侧区域，离子的主要传质方式为电迁移过程。通过实验测量了电解液的传质特性随温度的变化趋势。指出了温度变化对氢离子的电迁移过程、钒离子的电迁移及钒离子的扩散过程的影响的一般规律。结果显示，较高的温度更有利于离子的传质过程，且在低温时电极表面的钒离子的扩散的减弱对电极反应有明显的制约作用。
　　研究改进了电压法测量全钒液流电池的理论公式，搭建了单电池测试试验台，通过在电解液回路中引入额外的单电池实现了SOC的在线监测。利用单电池测试试验台测试了单电池分别在-10～50℃不同环境温度下的充放电性能。得到了单电池充放电的一般性能变化与温度变化的对应关系。通过分析充放电过程电池SOC的变化区间，提出了电池容量利用率的概念，并分析了单电池的容量利用率与温度的对应关系。
　　本文结合温度变化对离子传质过程的影响和对单电池性能的影响，通过分析传质过程与电池性能的对应关系，揭示了温度的变化通过影响离子的传质过程进而导致电池性能改变的原因及一般途径。并利用该结论分析了添加剂的使用和温度变化对电解液的传质特性及单电池性能的整体影响。对进一步分析和建立温度变化对全钒液流电池性能影响的理论模型，优化单电池性能，提高全钒液流电池的温度适应性提供了理论指导。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 VRFB的运行原理及研究现状

1．3 本文的主要工作

第2章 理论及实验可行性

2．1 VRFB电池体中的传质过程

2．2 循环伏安法及Randles-Sevcik方程的应用

2．3 开路电压法的完善及实现SOC在线监测

第3章 实验步骤及数据处理方法

3．1 电解液的物理化学性质测量

3．1．1 实验材料

3．1．2 实验设备

3．1．3 实验步骤

3．1．4 数据处理

3．1．5 注意事项

3．2 不同温度环境单电池充放电测试

3．2．1 实验设备

3．2．2 实验步骤

3．2．3 数据处理

3．2．4 注意事项

3．3 误差分析

3．3．1 SOC的测算误差分析

3．3．2 扩散系数的测算误差分析

第4章 实验结果及分析

4．1 温度对电解液物理化学性质的影响

4．1．1 CV曲线分析

4．1．2 钒离子扩散系数

4．1．3 溶液电导率

4．1．4 钒离子淌度的计算

4．2 温度对单电池充放电性能的影响

4．2．1 单电池充放电曲线

4．2．2 单电池效率分析

4．3 本章小结

第5章 添加剂的使用及温度的综合影响

5．1 添加剂及温度对电解液物化性质及传质特性的综合影响

5．1．1 CV曲线分析

5．1．2 添加剂对电解液中离子传质的影响

5．2 添加剂及温度对电池性能的综合影响

5．3 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 本文的主要结论

6．2 论文主要创新点

6．3 未来工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢