鐵路混合液流電池用SPEEK膜的制備及性能研究.pdf

1、氧化還原液流電池具有啟動(dòng)速度快、儲(chǔ)能容量大、能量效率高、安全可靠、綠色無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，主要用于電源調(diào)峰系統(tǒng)、光伏電池發(fā)電系統(tǒng)、可再生能源發(fā)電系統(tǒng)。電解液是電池的關(guān)鍵組件之一。目前研究最多的是全釩電解液，但是其價(jià)格昂貴、腐蝕性大、V5+的氧化性強(qiáng)，而鐵鉻價(jià)格便宜，且鐵鉻混合電解液避免了電池充放電過(guò)程中活性離子的交叉污染，電解液還能循環(huán)利用，避免了資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。
　　離子交換膜也是液流電池的另一關(guān)鍵組件，商業(yè)化的Nafion膜雖然

2、質(zhì)子傳導(dǎo)率高、化學(xué)穩(wěn)定性好，但是價(jià)格昂貴、活性離子滲透嚴(yán)重、離子選擇性小?；腔勖衙淹?SPEEK)價(jià)格便宜、機(jī)械性能好、電導(dǎo)率高、化學(xué)穩(wěn)定性好，是一種性能優(yōu)異的非氟質(zhì)子傳導(dǎo)膜。但保證機(jī)械性能的前提下SPEEK膜不能做的很薄，所以膜表現(xiàn)出較Nafion膜大的電阻。選擇厚度較小的聚丙烯作支撐層制備納濾膜，以此減小電池的內(nèi)阻，納濾膜根據(jù)膜孔大小選擇性的允許H+通過(guò)。
　　本文研究了FeCl2、CrCl3及兩者的混合溶液中鐵鉻電對(duì)的可逆

3、性，結(jié)果顯示Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)電對(duì)的可逆性好，并且Cr3+的加入增強(qiáng)了鐵電對(duì)的可逆性。Cr(Ⅱ)/Cr(Ⅲ)電對(duì)在催化劑存在下具有較好的可逆性，F(xiàn)e2+加快了鉻電對(duì)的反應(yīng)速率。
　　本文研究了混合與未混合電解液電池用Nafion115膜的電池性能，結(jié)果顯示混合電解液電池的輸出能量比未混合電解液電池提高了20.8％。與未處理電極相比，400℃熱處理6h的石墨氈電極組裝電池的輸出能量提高95.4％，庫(kù)倫效率、電壓效率、能量效率分別

4、提高了5.0％、13.1％、15.1％。
　　為了降低離子滲透率及成本，本文制備了不同磺化度的非氟SPEEK膜并表征了膜的性能。結(jié)果顯示，隨著磺化度的增加，SPEEK膜的離子交換容量、吸水率、溶脹度、電導(dǎo)率、活性離子滲透均增加。將不同磺化度SPEEK膜用于鐵鉻混合電池進(jìn)行充放電測(cè)試，結(jié)果顯示SPEEK47.9％膜的電池性能最好，電池的庫(kù)倫效率、電壓效率、能量效率、能量密度分別為88.8％、89.9％、79.8％、6.9 mWh/m