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全钒氧化还原液流电池电解液的研究

作　者: 管涛
导　师: 余晴春
学　校: 上海交通大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 全钒液流电池电解液添加剂稳定性
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

全钒氧化还原液流电池(钒电池)是日益受重视的一种新型储能电池,因其成本低、安全性高、工艺相对简单以及功率和能量相互独立等诸多特点,近来发展迅速。电解液是钒电池电化学反应的活性物质,是电能的载体,其性能的好坏对电池性能有直接影响。本论文利用五氧化二钒粉末作为制备电解液的原料,利用氢气高温还原五氧化二钒粉末制得三氧化二钒粉末,然后将五氧化二钒粉末和三氧化二钒粉末按一定比例溶解在硫酸溶液中,从而制得三价和四价钒离子摩尔比约为1:1的电解液。同时介绍了分析电解液浓度的库伦滴定法,并且根据电解液的分析结果优化了电解液的制备方法。论文对制备的电解液进行了电池隔膜中的渗透性测试,研究了不同价态钒离子在Nafion膜中的扩散迁移行为;对电解液进行单电池运行测试,确定了电解液的最佳流量为理论流量的12倍,充放电性能测试结果表明在不同的倍率下均具有较高的电效率。钒电池的活性物质钒以离子状态溶解在一定浓度的硫酸溶液,因此电解液的稳定性对电池的性能影响很大。本论文利用结晶实验和单体电池实验,考察了5种钒电池电解液添加剂的性能。尿素、草酸铵和乙二醇具有抑制三价钒离子结晶的功能,可降低电解液浓度的下降速率。乙二醇的加入会降低电池的效率与容量。尿素和草酸铵的加入对电池性能的影响很小。使用2%尿素和草酸铵添加剂的单体电池,在60 mA/cm2的电流密度下,测试初期的电压效率超过85%,电流效率超过98%。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-22
  1.1 引言  8-9
  1.2 钒电池简介  9-15
    1.2.1 氧化还原液流电池  9-10
    1.2.2 钒电池工作原理  10-11
    1.2.3 钒电池的结构  11-13
    1.2.4 钒电池的特点  13-14
    1.2.5 钒电池的应用  14-15
  1.3 国内外钒电池研究状况  15-17
  1.4 钒电池电解液的制备和优化  17-20
    1.4.1 电解液的制备方法  17-19
    1.4.2 电解液的分析  19-20
    1.4.3 电解液的优化  20
  1.5 本论文的选题意义及主要研究内容  20-22
第二章钒电池电解液制备及分析  22-39
  2.1 实验仪器与试剂  22-23
  2.2 钒电池电解液的制备方法  23-25
    2.2.1 三氧化二钒的制备  23-24
    2.2.2 V(Ⅲ)/V(Ⅳ)混合溶液的配制  24-25
  2.3 钒电池电解液的分析  25-29
    2.3.1 滴定原理  25-27
    2.3.2 滴定方法  27-28
    2.3.3 V(Ⅲ)/V(Ⅳ)混合溶液的分析  28-29
  2.4 钒离子在钒电池用隔膜中的渗透性  29-31
    2.4.1 钒离子渗透率的测定原理  29-30
    2.4.2 四、五价钒离子在Nafion117 膜中的渗透性  30-31
  2.5 单电池测试  31-37
    2.5.1 单电池开发  31-33
    2.5.2 单电池充放电性能曲线  33-35
    2.5.3 电解液流量与效率的关系  35-36
    2.5.4 不同倍率充放电钒电池的能量效率  36-37
  2.7 本章小结  37-39
第三章添加剂对电解液及钒电池性能的影响  39-48
  3.1 实验仪器与试剂  39-40
  3.2 电解液结晶实验  40-43
    3.2.1 V(Ⅲ)电解液的制备  40
    3.2.2 电解液结晶实验  40
    3.2.3 添加剂对电解液的影响  40-43
  3.3 单电池实验  43-47
    3.3.1 单体电池实验  43
    3.3.2 添加剂对电池性能的影响  43-47
  3.4 本章小结  47-48
第四章结论  48-50
  4.1 结论  48-50
参考文献  50-55
攻读硕士期间研究成果  55-56
致谢  56-58

全钒氧化还原液流电池电解液的研究

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