全钒氧化还原液流电池隔膜性能及改性研究

论文摘要

本文围绕着钒电池隔膜的性能的比较和改性开展研究,对应用于钒电池阴、阳离子交换膜进行基本性能和电化学性能考察,筛选出比较适合应用于钒电池的离子交换膜进一步研究改性。主要内容如下：本文首先对一些国产商业化阴、阳离子交换膜进行了评价,通过基本性能测试及在钒电池中电化学性能考察,比较阴、阳交换膜在钒电池中性能差异,研究各种商业性隔膜在钒电池中的适用性。几种国产膜中,阴离子交换膜显示出优异的电流效率,容量损失少；小电流密度下,阴离子膜表现出良好的能量效率,大电流密度下,阳离子交换膜性能更优。结论得出均相聚苯醚类阴离子交换膜（DF-a）具有良好的电化学性能和化学稳定性,较其它国产商业化隔膜更适用于钒电池,选择该隔膜进行下一步改性研究。选用两种方法对离子交换膜进行改性,在阴离子交换基膜中引入阳离子交换基团,制备成两性离子交换膜,增强其在钒电池中应用性,其中聚全氟磺酸溶液改性后的隔膜具有更优异的性能。改性后隔膜较未改性隔膜的电流效率提高6.7%,能量效率提高3.2%。水热改性制备的Nafion/TiO2复合膜具有优异的阻钒性能,相比于其它改性钒离子渗透的方法,未引入杂离子交换基团；在减小Nafion膜钒离子渗透同时,对隔膜基本性能影响微小。所改性制备的Nafion/TiO2复合膜应用于全钒氧化还原电池,其能量效率和电流效率都有所提高（在60 mA/cm2电流密度下,分别提高1.8%,2.5%）,电池容量相比于未改性Nafion膜也有所改善。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 引言
• 1.1 钒氧化还原电池
• 1.1.1 钒氧化还原电池工作原理
• 1.1.2 钒氧化还原电池结构
• 1.1.3 钒氧化还原电池应用前景
• 1.1.4 钒电池在国内外发展简要
• 1.2 钒氧化还原电池的关键材料
• 1.2.1 电解液
• 1.2.2 电极材料
• 1.2.3 集流体
• 1.2.4 隔膜
• 1.3 离子交换膜
• 1.3.1 离子交换膜的分类
• 1.3.3 离子交换膜作用机理
• 1.3.4 国内外离子交换膜发展
• 1.4 钒氧化还原电池隔膜
• 1.4.1 钒氧化还原液流电池隔膜的作用及特点
• 1.4.2 钒电池隔膜的选择
• 1.4.3 钒电池隔膜的研究
• 1.5 本课题研究的意义及内容
• 第二章 应用于全钒氧化还原液流电池的隔膜评价
• 前言
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验试剂与材料
• 2.1.2 实验仪器
• 2.1.3 隔膜基本性能分析
• 2.1.4 膜的充放电测试
• 2.1.5 化学稳定性测试
• 2.1.6 膜的预处理
• 2.1.7 石墨毡的预处理
• 2.1.8 电解液的制备
• 2.2 结果讨论
• 2.2.1 IEC、含水率和面电阻
• 2.2.2 隔膜渗透率和水迁移率
• 2.2.3 充放电性能
• 2.2.4 膜的化学稳定性
• 2.3 结论
• 第三章 阴离子交换膜改性及在钒电池中的应用研究
• 前言
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验试剂与材料
• 3.1.2 实验仪器
• 3.1.3 阴离子交换膜改性
• 3.1.4 隔膜基本性能测试
• 3.1.5 隔膜电池性能
• 3.1.6 隔膜水迁移测试
• 3.1.7 隔膜化学稳定性
• 3.2 实验结果与讨论
• 3.2.1 SEM-EDX分析
• 3.2.2 隔膜基本性能
• 3.2.3 隔膜电池性能
• 3.2.4 水迁移性能
• 3.2.5 化学稳定性
• 3.3 结论
• 2复合膜制备及在钒电池中的应用'>第四章 Nafion/TiO₂复合膜制备及在钒电池中的应用
• 前言
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验试剂与材料
• 4.1.2 实验仪器
• 2复合膜制备'>4.1.3 Nafion/TiO₂复合膜制备
• 4.1.4 膜的性能测试
• 4.2 实验结果与讨论
• 4.2.1 IEC，钒离子渗透等其他基本性能
• 4.2.2 SEM-EDX，XRD分析
• 4.2.3 隔膜电池性能
• 4.3 结论
• 第五章 结论
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间主要研究成果