钒氧化还原液流电池研究

钒氧化还原液流电池是近年来开发出的一种新型储能电池，因其成本低、对环境友好、电极不参与反应以及额定功率和额定能量相互独立等诸多特点，得到了迅速发展。 影响钒电池性能的因素有很多，其中电极材料性能、正负极电极反应是重要因素。本论文对钒电池电极复合材料进行了改性研究；探讨了半电池反应中V（Ⅳ）的氧化反应机理；用改性电极组装了单电池和电池组，考察了电池性能并初步研究了充放电过程机理。 采用添加钛酸酯偶联剂和滑石粉等助剂的方法对复合材料进行改性，试验结果表明：偶联剂改性效果较好，而加入滑石粉不利于复合材料电阻率的提高。进一步采用共混方法将线性低密度聚乙烯（LLDPE）与高密度聚乙烯（HDPE）、微粒石墨（MG）和普通导电石墨（CB）以及膨胀石墨（EG）与普通导电石墨共混对电极复合材料进行改性，结果显示：不同聚乙烯和不同炭黑填料共混体系比单一高密度聚乙烯和炭黑体系复合材料的导电性能好，且操作简单，具有良好的应用前景。 研究了V（Ⅳ）在石墨电极上的氧化反应机理。采用线性扫描方法，测得不同动力学条件、钒离子浓度、硫酸浓度和温度下的V（Ⅳ）氧化反应稳态极化曲线以及不同扫描频率下V（Ⅳ）／V（Ⅴ）循环伏安曲线。稳态极化曲线表明：在低电流密度下反应以电化学反应为控制步，在高电流密度下以扩散为控制步。通过对曲线的深入分析研究，提出：V（Ⅳ）氧化反应为单电子不可逆反应；反应存在一个电子转移步和两个质子转移步；ECC为V（Ⅳ）氧化反应的可能机理。 对两种曲线数据进行处理计算，得到20℃时0.1MV（Ⅳ）+2.0M H2SO4体系中V（Ⅳ）氧化反应相关动力学和热力学参数为：交换电流密度i0=5.2571×10-5A·cm-2；电荷传递系数β=0.5906；V（Ⅳ）扩散系数D=6.2879×10-6cm s-1；标准反应平衡常数k~o=8.1406×10-4 cm s；标准电极电位E0=0.8618V（VS．SEC）。 研究了钒电池性能。使用改性电极组装静止型单电池，比较不同充电电流和放电电流下电池性能，发现：大电流充放电，电池的库伦效率高；小电流充放电，电压效率高；从能量效率看，钒电池适合于较大电流充放电。随后进一