應(yīng)用于液流電池的鐵電解液及電極材料研究.pdf

1、液流電池是大規(guī)模儲能電池中極其重要的一部分。它具有啟動速度快，能量效率高等特點。本論文工作探索了一種新型氧化還原液流電池，即鋅鐵電池。使用循環(huán)伏安法，交流阻抗法和充放電測試等方法，研究了正極電極液及電極材料的電化學(xué)性質(zhì)。
　　制備了以硫酸為介質(zhì)的正極鐵電解液，研究了不同鐵離子濃度及硫酸的濃度的對電解液電化學(xué)性能的影響。發(fā)現(xiàn)1.00 mol/L鐵離子在0.50 mol/L的硫酸中能穩(wěn)定存在30天;Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)氧化還原反應(yīng)是

2、準(zhǔn)可逆反應(yīng)，當(dāng)鐵離子的濃度為1.00 mol/L，硫酸的濃度為0.50 mol/L，其擴(kuò)散系數(shù)約為2.276×10-6 cm2/s;電化學(xué)阻抗約為2.238Ω·cm2。以Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)正極電解液為正極與Zn(Ⅱ)、Zn為負(fù)極組成電池，當(dāng)電流密度為20 mA/cm2時，充電電壓在1.65～1.72 V，放電電壓在1.11～1.25 V，能持續(xù)穩(wěn)定充放電110個循環(huán)。當(dāng)電流密度為30 mA/cm2，充電電壓在1.68～1.80V，放

3、電電壓在1.00～1.20V，能持續(xù)穩(wěn)定充放電近30個循環(huán)。
　　使用聚丙烯腈石墨氈作為電池正極，并對石墨氈進(jìn)行了高溫和酸處理等改性。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，處理過的石墨氈，在相同電位下，其電流密度提高4mA/cm2，電極電阻減小3Ω·cm2。電池充放電數(shù)據(jù)表明，未處理的石墨氈的充電電壓范圍在1.60-1.80V，放電電壓范圍在0.90-1.12V。經(jīng)處理過的石墨氈，充電電壓減小約0.1V，放電電壓約提高0.1V。同時，電極活化的時間也大大縮

4、短。
　　制備了復(fù)合碳素電極，并對其進(jìn)行了電化學(xué)測試。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)其氧化還原反應(yīng)是準(zhǔn)可逆反應(yīng);電化學(xué)阻抗約為3.154Ω·cm2。充放電測試表明:當(dāng)電流密度為20 mA/cm2時，其容量效率約為78％，當(dāng)為30mA/cm2，容量效率約為75％;當(dāng)為40mA/cm2，電池的穩(wěn)定性下降。CB-PVDF組成的復(fù)合碳素電極的電化學(xué)活性很低，氧化還原反應(yīng)的電化學(xué)阻抗約為23.54Ω·cm2;電極本身的電阻很大;當(dāng)電流密度為20 mA/cm2時

5、，其充電電壓為1.75-2.5V，放電電壓為0.5-0.75V。可認(rèn)為此電極不適合用于此液流電池的正極。探索了不同質(zhì)量比的GP-PVDF對電化學(xué)性能的影響。循環(huán)伏安法表明，當(dāng)質(zhì)量比為3∶2時，其可逆性已趨于不變。充放電表明:當(dāng)GP-PVDF的質(zhì)量比為1∶1時，電極的活性激化需要的時間約6個小時，隨著石墨含量的增加，激活的時間逐漸縮短。當(dāng)質(zhì)量比為7∶3和4∶1不在變化。其容量效率約為86％。但當(dāng)質(zhì)量比為4∶1時，其效率呈逐漸減小趨勢。因此