钒氧化还原液流电池正极电解液热稳定性的研究进展

钒氧化还原液流电池是一种优势众多、较为理想的大规模储能技术.电解液作为钒电池的核心部分,其热稳定性直接决定了钒电池的稳定性和使用寿命.从电解液组成比例、支持电解质种类和添加剂3方面综述了钒电池正极电解液热稳定性的研究进展,并对今后的研究方向进行了展望.     

钒流电池负极电解液改性研究

全钒离子氧化还原液流电池(VRB)作为二次储能电池,具有循环寿命长、容量大、自放电小、污染小以及结构简单等优点,受到国内外研究者的广泛关注。但是VRB电解液仍然存在钒离子浓度过低、稳定性较差以及电化学反应速率低等问题,使VRB的应用受到限制。通过循环伏安法考察了添加剂尿素、草酸和酒石酸对负极电解液电化学反应速率的影响,发现合适浓度的尿素、草酸和酒石酸都可以部分增大其反应速率,提高电解液的可逆性,尤其以w(草酸)=0.5%效果最佳。对添加w(草酸)=0.5%的负极液进行了交流阻抗分析,发现草酸主要是降低了电化学反应电阻。最后通过电位滴定法研究了添加剂对负极液稳定性的影响,得出草酸和酒石酸都可以提高电解液稳定性的结论。     

全钒氧化还原液流电池的发展现状

简要介绍了全钒氧化还原液流电池的工作原理,并对钒电池的组成及其电解液的制备方法和钒电池的分类及市场前景进行了简明叙述。列举了钒电池在国外的商业化情况,并简要分析了国内外钒电池的发展过程和研究现状。中国风能、太阳能等可再生资源储量丰富,对环境友好的大容量存储电池需求迫切,因此认为近几年中国全钒氧化还原液流电池具有良好的发展前景,这将会极大促进中国钒资源的开发。     

铁铬氧化还原液流电池系统

以聚丙烯腈碳毡作电极,电池运行前电沉积Pb和Bi作为负极电催化剂和析氢抑制剂,以聚苯乙烯磺酸型阳离子交换膜为隔膜,浸蜡石墨板作双极板,组装出输出功率为270W的氧化还原电池系统.测试表明,电池系统在近120个充放电周期内性能稳定,系统的电流效率为93%,电压效率为78%,能量效率为72%.     

利用失效钒电解液回收钒制备偏钒酸铵工艺

为了提取失效钒电解液中有价钒元素,对全钒氧化还原液流电池失效钒电解液的回收利用进行了研究。在常温常压条件下,以氯酸钠作氧化剂对失效钒电解液进行深度氧化,使低价钒全部转变成五价钒,然后通过浓缩、沉钒、干燥等工艺过程,得到具有高附加值的偏钒酸铵。分析了回收过程的工艺原理,探讨了回收工艺的工艺条件。结果表明：NaClO₃对失效钒电解液的氧化是影响钒回收率的关键工艺过程,V⁴⁺：NaClO₃的最佳摩尔比为1：0.2,V³⁺：NaClO₃的最佳摩尔比为1：0.4;沉钒的最佳工艺条件为：钒液浓度为25～30g/L,pH为8.0～8.5,沉钒温度为50～60℃,加铵系数K为1.0～1.2,沉钒时间为80～120min。该工艺具有钒回收率高、成本低、操作简便、对环境友好等优点,在最佳工艺条件下钒的回收率可高达99%左右,为全钒液流电池失效钒电解液的回收利用提供了一条新途径。     

氧化还原靶向原理在液流电池中的应用进展

液流电池是一种技术比较成熟的储能系统,但因活性物质的溶解度问题影响了能量密度,由此导致的低能量密度限制了其广泛应用。为了促进液流电池的快速发展,而不影响原本液流电池所具有的相关特性,针对此缺陷而提出的氧化还原靶向反应进行详细的介绍,简述了氧化还原靶向反应的工作原理,并将对近些年此原理与液流电池结合的研究做简要的介绍,指出了其中的创新点,同时对现今此原理的实际应用中存在的不足之处和发展方向提出展望。     

丙三醇对钒液流电池电解液影响的交流阻抗研究

采用交流阻抗法研究了添加剂丙三醇对全钒氧化还原液流电池阳极电解液电极反应影响的内部作用机理。通过RS(Cd(RpW))形式的等效电路对其阻抗谱进行了较好的模拟解析,研究结果发现,随着丙三醇含量的依次增加,溶液电阻、双电层电容和极化电阻均出现最小值,浓差极化电阻出现最大值,此时添加量均为1%,说明含有一定量供电子基团结构的丙三醇能够有效结合钒离子,均匀分散于溶液中,使得溶液电阻降低,当钒离子结合丙三醇后体积增大,双电层电容距离增加,从而双电层电容降低,当钒离子结合丙三醇后更利于向电极表面吸附,提高阳极电解液的催化效率,加大了电极表面反应物浓度与本体溶液中的差值,使得浓差极化电阻增强,电极反应效率提高。     

全钒液流电池阴极电解液稳定性

在钒硫酸溶液中加入添加剂,对钒电池阴极电解液的稳定性进行了研究。利用循环伏安法和交流阻抗法分别对含1%的草酸、草酸铵、乙二胺四乙酸、葡萄糖、D-果糖、α-乳糖的V（Ⅲ）硫酸溶液进行了分析测试。实验结果表明：添加上述添加剂后,溶液中V（Ⅲ）的溶解度和稳定性有所提高,羧酸类化合物比羟基类化合物的效果更加明显,更适合作为阴极电解液的添加剂。当采用1%草酸的1.8 mol· L^-1 V（Ⅲ）硫酸溶液作为阴极电解液和2 mol·L^-1 VOSO₄硫酸溶液作为阳极电解液组装钒电池时,电池的充放电性能表明此时钒硫酸溶液具有较高的单位体积电容量。     

复合添加剂对钒电池正极电解液性能的影响

为了提高钒电池电解液的性能,选取了3种复合添加剂,研究了复合添加剂对钒电池正极电解液稳定性和电化学性能的影响。利用电化学方法制备了2 mol/L的全钒液流电池正极5价钒离子电解液,采用临界胶束浓度法得到复合添加剂的配比为：1% KHSO₄+3 mmol/L SDBS（十二烷基苯磺酸钠）、1% KHSO₄+2 mmol/L D-山梨醇、1% KHSO₄+2 mmol/L CTAB（十六烷基三甲基溴化铵）,并考察添加剂加入电解液后的稳定性与电化学性能。通过XRD分析手段,对电解液沉淀物的成分进行了表征。研究表明：添加剂的加入,并不会引起钒离子价态的变化,1% KHSO₄+2 mmol/L CTAB加入后,电解液峰电位差减小12 mV,峰电流增加9.8 mA,说明CTAB与KHSO₄在合适配比下,能够有效提高正极电解液的稳定性及可逆性,添加剂的引入并未引起电解液沉淀物的物相组成变化,电解液性能显著提高。     

应用于氧化还原电池正极的VO(CH_3SO_3)_2电解液

以甲基磺酸为溶剂,制备了用于氧化还原电池正极的钒电解液,并对不同自由酸浓度的电解液进行了电导率、粘度和热稳定性、电化学性能测试。结果表明,当CH3SO3H的浓度为2 mol/L时,电解液的导电性最好;随着CH3SO3H浓度的升高,电解液的粘度逐渐增大,钒离子的扩散系数逐渐降低。当自由酸的浓度为4 mol/L时,电解液具有良好的稳定性,电极过程的可逆性最好。以2 mol/L VO(CH3SO3)2+4 mol/L CH3SO3H为正极电解液组装的锌钒电池,充电以后的开路电压达1.96 V,前10个循环的放电平均中值电压为1.61 V,平均电流效率为96.12%,能量效率为74.03%。     

全钒液流电池复合材料双极板研究

研究导电性高、耐腐蚀性强的双极板对发展全钒液流电池等大规模蓄电储能装备具有重要意义.在聚偏氟乙烯(PVDF)高分子基体中加入炭黑(CB)、鳞片石墨(GP)、膨胀石墨(EG)等导电填料,均匀分散后制备导电双极板,考察了导电填料种类、含量、粒度大小、分散方式对双极板导电性能的影响规律,利用x射线衍射(XRD)和扫描电子显微...     

钒液流电池在不同温度下的充放电特性

利用10电池电堆考查了在15~35℃范围内温度对钒电池极化曲线、循环效率、充放电容量以及自放电性能的影响,并进行了机理分析,测试结果表明,在温度逐渐升高的过程中,除电流效率逐渐降低外,电压效率、充放电容量、自放电速率均逐渐升高,在实际应用过程中,应严格对温度进行控制以保证钒电池系统的稳定运行。     

全钒液流电池用SPEEK／PES共混膜的制备

通过将PES掺入高磺化度的SPEEK进行共混改性,采用流延法制备了一系列不同PES含量的SPEEK／PES共混膜,获得了SPEEK／PES共混膜的离子交换容、含水率、质子电导率等参数,特别测定了在全钒液流电池工作条件下钒（IV）离子渗透率。综合考察发现,当磺化温度为45℃,磺化时间控制为4h,得到SPEEK的DS为55％,掺入10％的PES,此时共混膜的电导率为0．08S／cm,钒（IV）离子渗透率为0．38×10^-6cm2／min,对钒（IV）离子选择性为Nation膜的5倍,含水率为35％,共混膜综合性能最好,基本满足全钒液流电池（VRB）的使用需求。     

钒离子浓度对全钒液流电池极化分布的影响

基于物质传递方程、电荷传递方程和电化学动力学方程提出了浓差极化系数的概念,建立了全钒液流电池二维模型,利用有限元法研究了钒电池极化过程,并对电极区域极化的分布进行了定量评估。研究表明:增加钒离子浓度,电极表面和溶液本体浓度趋同,活化极化和浓差极化减小,这种现象在高电流密度下尤为明显;浓度的增加也使得浓差极化系数减小,物质传递的影响减小,浓差极化相对于整个极化影响越来越弱;从进口到出口,浓差极化系数逐渐增加;电极与集流体接触面的浓差极化系数比电极中间区域高得多。     

改性电极复合材料的导电性和电化学性能

采用不同方式在钒电池电极复合材料中加入钛酸酯偶联剂进行改性,研究了改性复合材料的导电性和在钒电池电解液中的电化学性能. 结果表明,煤油作为偶联剂溶剂在一定范围内可使复合材料电阻率有明显下降;加入偶联剂的复合材料电极在钒电池电极反应中可能会伴有少量的电池副反应. 通过SEM分析了复合材料的微观结构.     

锂离子电池新型电解液的研究进展

电解液作为锂离子电池的关键材料之一,其在正、负极之间起到传递离子的作用。近年来新型电解液的研究备受关注,主要对高电压电解液、超低温电解液、阻燃电解液和聚合物电解质等4方面进行了简要综述。     

锂离子电池聚合物电池电解质

介绍了聚合物锂离子电池的关键材料聚合物电解质.叙述了聚合物电解质的发展、组成、分类,离子在聚合物中的传导机理以及国内外的研究进展和今后的研究重点及方向.认为如果能设计通道型或界面型的阳离子传导方式,离子可以以自由离子方式迁移,同时保证其机械性能,这样比在各同性介质中采取传统的络合-解络合机理的传导要快几十倍,将大大促进...     

钒电池用硫酸氧钒的制备研究

围绕钒电池用硫酸氧钒的制备,通过理论分析和试验结果确定本研究制备V(Ⅳ)溶液可行性和优势,并初步研究了此电解液的性能,确定化学法利用攀钢的氧化钒制备硫酸氧钒溶液最佳工艺条件。