全钒液流电池阳极电解液稳定性及电池性能研究

论文摘要

全钒液流电池以其安全、环保等特性,在储能领域受到广泛关注,但是阳极电解液钒离子浓度在大于2moL/L时,由于过饱和,高温下会造成V(Ⅴ)的沉析。增大硫酸浓度可以提高V(Ⅴ)的溶解度,但是会降低V(Ⅳ)的溶解度,并且增大硫酸浓度,势必会增加电解液的腐蚀性,所以必须寻找合适的稳定剂来提高阳极电解液的稳定性。本论文采用草酸还原法制备了全钒液流电池阳极电解液,评价了硫酸氢钠、硫酸钾、硫酸氢钾和乙酸等不同添加剂提高电解液稳定性的效果,初步探讨了不同添加剂提高电解液的稳定性机理。结果表明,添加1%的硫酸氢钠、硫酸氢钾和乙酸时,其阳极电解液稳定性要优于添加1%的硫酸钾的阳极电解液。循环伏安和紫外光谱测试结果显示,添加剂不会对电解液的电化学性能产生不利影响。从交流阻抗谱数据可知,加入添加剂,可提高电解液的导电率。为了研究加入添加剂的电解液对电池性能的影响,通过优化储液罐设计,组装了实验室水平的全钒液流单电池。新设计的储液罐密封形式,解决了由于低价态钒离子的氧化造成的电池正、负极充电态不一致和由于压力不平衡问题带来的离子渗透、水渗透以及隔膜老化等问题,延长了隔膜的使用寿命,提高了液流电池的库伦效率和使用寿命。评价了石墨毡电极处理温度和时间、充放电电流密度、循环次数对电池性能的影响,初步探讨了影响电池性能的原因。结果表明,石墨毡在600℃处理4h后,活性最高,电池电阻最小;电流效率随充电电流电流密度的增加而降低,电压效率随充/放电电流密度的增大而降低;在前期充放电过程中,电池的电流效率随循环次数的增加而增大;加入添加剂对电池内阻和充放电性能基本没有影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 1.1 全钒液流电池概述
• 1.2 全钒液流电池关键技术
• 1.3 研究内容
• 2 实验
• 2.1 实验药品及仪器
• 2.2 实验部分
• 2.3 实验方法
• 3 不同添加剂对阳极电解液性能影响的研究
• 3.1 电位滴定法工作电极的选取
• 3.2 添加剂对阳极电解液性稳定性的影响
• 3.3 添加剂对阳极电解液的电化学性能影响
• 3.4 本章小结
• 4 电池性能研究
• 4.1 电池结构
• 4.2 电极处理温度、时间的选择
• 4.3 充放电电流密度的影响
• 4.4 电池自放电测试
• 4.5 循环次数的影响
• 4.6 添加剂对电池性能的影响
• 4.7 本章小结
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间公开发表的论文