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钒氧化还原液流电池关键材料的研究

作　者: 丁虎标
导　师: 崔旭梅
学　校: 西华大学
专　业: 材料学
关键词: 钒电池电解液石墨毡
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

钒氧化还原液流电池（Vanadium Redox Flow Battery，简称钒电池）技术是一种新型大规模高效储能技术，具有无污染、寿命长、能量效率高、维护简单和建设周期短等优点。电解液和电极材料作为钒电池的重要组成部分，直接影响钒电池的成本及性能，本论文即对钒电池的电解液及电极材料的制备及性能进行了系统的研究。首先开展了对V（Ⅲ）-V（Ⅳ）混合电解液制备工艺的研究，研究了原料配比和加热温度两个工艺参数对电解液制备的影响。结果表明，当原料中V₂O₃与V₂O₅的质量比为6：1时，所制得的电解液中三价钒和四价钒离子浓度各占50%，加热温度以115℃左右为宜；为了提高电解液的浓度和稳定性，向V（Ⅲ）-V（Ⅳ）混合电解液中加入不同的添加剂，发现甲烷磺酸和山梨醇的加入有利于提高电解液的稳定性，并且甲烷磺酸的加入使V4+/V5+氧化峰电流增长了26.2%，山梨醇的加入对电解液的电导率和钒离子的分子结构没有产生多大的影响。接着对石墨毡进行了改性处理，并将其用于制备一体化复合电极。发现400℃处理30h和浓硫酸中处理8h的石墨毡表现出良好的活性；极化曲线测试表明，相比原毡，热处理后极化电阻减小了45.5%，酸处理后极化电阻增大了45.5%。进一步研究发现石墨毡的反应电阻Rt比其它阻抗都大，说明电子转移过程整个电极反应的控制步骤，相比原毡，热处理后反应电阻减小了50.8%，因此加快了电极反应速度。最后将V（Ⅲ）-V（Ⅳ）混合电解液直接用于钒电池中，发现复合电极采用热处理石墨毡的电池充、放电内阻最小，库仑效率稳定在80%以上；随后研究了影响电池性能的因素，发现电极间距的减小和电解液流速的增加有利于提高电池的效率，随充放电电流的不断增加，电池的库仑效率逐渐升高，电压效率逐渐降低，能量效率则是先升高后降低；在200mA下恒流充放电，电池的电压效率为82.8%，能量效率为73.2%，库仑效率为88.4%，且电池自放电程度小。

钒氧化还原液流电池关键材料的研究

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