液流電池泡沫炭復(fù)合涂層電極制備及其儲(chǔ)電性能研究.pdf

1、分布式電站是新能源實(shí)現(xiàn)就地消納和長(zhǎng)足發(fā)展的重要電力設(shè)施，其核心是開(kāi)發(fā)大容量、高性能和低成本的儲(chǔ)能系統(tǒng)。依據(jù)溶液中Pb2+以固態(tài)PbO2和Pb形式儲(chǔ)電并可逆轉(zhuǎn)換的永久性，單液流無(wú)隔膜的廉價(jià)性，功率和容量分別通過(guò)電極對(duì)數(shù)和Pb2+濃度可調(diào)控的靈活性，H2O2可回收殘余儲(chǔ)電層并達(dá)到無(wú)污染的環(huán)保性，鉛酸液流電池引起分布式儲(chǔ)能電站領(lǐng)域的高度關(guān)注。但目前因使用的傳統(tǒng)石墨板和泡沫炭電極導(dǎo)電性較差、比表面積小和析氫過(guò)電位小等因素影響，電池表現(xiàn)出負(fù)極枝晶

2、嚴(yán)重，儲(chǔ)能容量較小，充放電效率較低等不足?；诖?，本文以泡沫炭為基體進(jìn)行化學(xué)鍍銅和電沉積鉛，系統(tǒng)研究泡沫炭復(fù)合涂層的制備工藝、機(jī)理和涂層相關(guān)性能；探索泡沫炭復(fù)合涂層電極較石墨板和泡沫炭所具有的優(yōu)良理化和結(jié)構(gòu)特性在鉛酸液流電池應(yīng)用中對(duì)儲(chǔ)電沉積層和效率的影響及其提升電池容量的機(jī)理。
　　研究表明：對(duì)泡沫炭基體前處理，化學(xué)鍍銅后電沉積鉛制備泡沬炭復(fù)合涂層。合理粗化基體增強(qiáng)與鍍銅層間的機(jī)械結(jié)合，施鍍中間銅層增強(qiáng)與鍍鉛層間的電化學(xué)結(jié)合。控制

3、化學(xué)鍍銅厚度3～4μm，和電沉積鉛電流密度20mA/cm2及其他工藝參數(shù)可得到表面平整和顆粒均勻的鍍層。化學(xué)鍍銅機(jī)理遵循電化學(xué)混合電位理論，生長(zhǎng)過(guò)程通過(guò)Cu胞的融合進(jìn)行；電沉積鉛遵循電結(jié)晶理論，從電化學(xué)角度分析可分為欠電位沉積和過(guò)電位沉積。泡沫炭復(fù)合涂層理化特性方面：經(jīng)冷熱循環(huán)法定性檢測(cè)鍍層結(jié)合力良好，XRD分析鍛層無(wú)雜質(zhì)元素?fù)饺搿；瘜W(xué)鍍銅層厚度3～4μm時(shí)電極電導(dǎo)率高達(dá)1315.79s/cm且電極載流量滿足30～40mA/cm2的要求

4、；復(fù)合高韌性銅/鉛涂層有效阻止預(yù)裂紋于薄弱骨架上集結(jié)，其整體壓縮強(qiáng)度提高至0.5MPa；經(jīng)循環(huán)伏安測(cè)試泡沫炭復(fù)合涂層電極具有較好的電極反應(yīng)可逆性，并隨掃描速度和循環(huán)次數(shù)增加，電極反應(yīng)可逆程度增強(qiáng)。結(jié)構(gòu)特性方面：孔隙率高達(dá)93.71％，表觀密度0.663g/cm3體現(xiàn)其優(yōu)良的輕質(zhì)多孔特性；電極真實(shí)表面積為石墨板3～4倍。
　　泡沫炭復(fù)合涂層負(fù)極上儲(chǔ)電Pb層的顆粒較石墨板和泡沫炭電極均勻細(xì)膩，且其表面多孔結(jié)構(gòu)柯效分散電荷而不易枝狀結(jié)晶