全钒液流电池的质子传导膜研究

研究质子传导膜对全钒液流电池性能的影响,包括膜面电阻、阻钒性以及质子传导膜厚度,为研究开发适用于全钒液流电池的质子传导膜提供依据.通过测定钒电池循环充电/放电过程的效率、暂态极化曲线、静态交叉放电曲线,建立选择与优化膜材料的评价方法;在考察膜电导率、膜厚、阻钒性和机械强度的综合性能指标后,认为膜面电阻在0.3～0.5 Ω·cm2范围,具备优良阻钒性能条件下,膜厚约150 μm比较合适.使用符合该性能的聚偏氟乙烯质子传导膜时,钒电池能量效率超过70％,有望满足发展大容量蓄电储能装备的需要.     

全钒液流电池离子交换膜的研究进展

液流电池离子交换膜的主要作用是物理分隔正负极电解液同时又允许载电荷的离子的通过以实现完整的电流回路。全钒液流电池的电解液具有强的氧化性,且易于渗透而引起电池容量的降低,决定了其离子交换膜应具有独特的结构与性能。文中对近年来用于全钒液流电池的离子交换膜做了比较全面的归纳与分析,并对质子传导机理与膜的基本性能指标进行了阐述。     

全钒液流氧化还原电池中隔膜的研究

Nafion 117和PE-01阳离子交换膜均可作为全钒液流氧化还原电池的隔膜用材料,PE-01在机械性能和化学稳定性方面优于Nafion 117.探讨PE-01作为钒电池隔膜材料的优势和劣势,测定PE-01膜和Nafion 117的离子交换容量、4价钒离子在其中的扩散能力以及膜面电阻.实验表明,Nafion 117具有导电性能优良、较大的离子交换容量以及较小的面电阻;PE-01具有很好的物理性能和阻钒离子渗透能力.     

经济型高性能离子膜研究进展

简要介绍了经济型高性能离子导电聚合物的结构及合成,通过共混掺杂提高离子膜性能,并将制备的高性能离子膜应用到质子交换膜燃料电池、全钒液流电池、聚合物锂离子电池、电渗析器均相离子膜、离子膜基-空调节能全热交换膜方面的研究进展.     

全钒液流电池的质子传导膜研究进展

全钒液流电池(VRB)作为一种大规模的蓄电储能设备,在新能源发电和电网调峰等方面有重要应用.质子传导膜是钒电池的关键材料,对电池的性能、成本和寿命有着十分重要的影响.文章在简单介绍VRB的基本组成和原理以及对隔膜的性能要求的基础上,主要论述了目前报道的几种VRB隔膜材料及其改性方法,以及对电池性能的影响,最后对质子交换膜的发展方向和前景进行了总结和展望.     

质子传导膜制备方法放大与膜性能表征

为了满足新能源电池对质子选择性导电膜的需要,提出一种质子传导膜的新型制备工艺,并进行质子传导膜的制备工艺放大.以聚偏氟乙烯(PVDF)和烯丙基磺酸钠(SAS)为原料,成功制备长1 000mm、宽800mm的质子传导膜.膜性能测试结果显示,质子传导膜电导率随SAS质量分数变化显著.当SAS质量分数为20%时,膜电导率3.0×10-2 S/cm;膜化学稳定性良好,使用Fenton试剂氧化法测得膜剩余质量分数97.5%;屈服强度23N/mm2,膜爆破强度为2MPa;TGA分析膜分解温度高于400℃.该膜应用于全钒液流电池,自放电实验测得开路电压下降速率为1.41×10-3 V/h,库伦效率93%.结果表明,膜材料综合性能良好,有望在全钒液流电池产业化过程中得到大规模应用.     

全钒液流电池离子传导膜研究进展

全钒液流电池(VFB)作为大容量、快速充放电、高效率的液流储能电池,是满足风能、太阳能发电及智能电网对大规模储能需求的一种理想储能装置。作为VFB的关键功能材料之一,离子传导膜既起到分隔正负极、防止电池短路的作用,又具备电荷载体的传导功能。介绍了VFB的工作原理及商业化离子传导膜的研究应用现状,对比分析了非氟离子传导膜实现电荷载体传导功能的改性方法,为新型离子传导膜的设计提供科学基础。     

杂萘联苯聚芳醚酮含量对钒电池用离子交换膜性能的影响

正引言全钒氧化还原液流电池在1984年由澳大利亚新南威尔士大学的研究者Skyllas G kazacos提出,具有可深度充放电、循环寿命长、响应时间短、价格低廉等优点,可以作为太阳能和风能等可再生能源配套的大型储能装置之一[1-4]。离子交换膜是钒电池的关键材料之一,隔绝正负极的电解液的同时允许氢离子通过。相比阳离子交换膜,阴离子交换膜由于道南排斥     

全钒液流电池离子交换膜合成方法综述

全钒氧化还原液流电池(VRFB)具有储能效率高、循环寿命长、安全可靠、低成本等优点,在大规模储能中具有良好的应用前景.而作为VRFB的核心部件,离子交换膜应具有钒离子透过率低、电导率高、化学稳定性好等性能.总结了近年来国内外相关的研究进展,对比了不同合成方法的优缺点,并提出了开发适用于VRFB的高性能离子交换膜的建议.     

电解法研究DF988膜对钠离子的水传递数

离子膜电解过程中,水分子伴随阳离子通过离子膜而发生移动的现象称为水的电渗透或水传递.简要介绍了国产DF988离子交换膜的结构.通过傅立叶红外光谱(ATR-FTIR)对DF988膜表面进行分析,表明其一侧为磺酸层另一侧为羧酸层即阻挡层.采用自制的电解测试装置对DF988膜的水传递进行了较为系统的实验研究,测定了不同条件下的水传递数和氢氧化钠中氯化钠含量,包括阳极液浓度、阴极液浓度、电流密度和温度等条件.结果表明,电解液浓度对水传递数有明显的影响,水传递数随盐水浓度的降低有明显的增大;而电流密度和温度等则对氢氧化钠中含氯化钠的量影响明显.     

基于交流阻抗法的离子交换膜电阻研究

利用交流阻抗谱测定技术,建立一种离子交换膜导电性能评价方法;使用两极室槽电解池,分别测得电解质溶液,以及膜和电解质溶液之和的电阻值,相减后得到离子交换膜在该电解液中的电阻值.通过并联电阻形成完整的半圆弧形交流阻抗谱,能够有效减小测量误差.利用硫酸水溶液体系、氯化钠水溶液体系,以及全钒液流电池的钒电解液体系验证基于交流阻抗谱的膜电阻测定技术准确性、实用性.在此基础上揭示阳离子交换膜、阴离子交换膜对离子的不同吸附特性,以及膜面电阻对电解质溶液浓度依存特性.研究结果对于发展离子交换膜快速表征技术,以及开发新能源领域的离子交换膜具有重要价值.     

低温固体氧化物燃料电池新型CeO2基复合电解质研究

采用一种钐掺杂的氧化铈(SDC)-碳酸盐复合物作为低温固体氧化物燃料电池(LTSOFC)的电解质.利用交流阻抗测试400～700℃不同气氛下的导电性能t电解质的电导率在大约500℃发生突变,表明传导机理发生改变;500℃以上电导率随碳酸盐组分增加而增大;还原性气氛下的电导率高于氧化性气氛下的电导率.以不同碳酸盐含量的电解质材料制备阳极支撑型单电池,运行中发现,在阴极和阳极侧均有水产生,说明同时存在氧离子和质子传导.电流-电压特性和功率特性显示,所有复合物电解质均有优于纯SDC电解质的电池性能,其中碳酸盐含量为20wt%时性能最好, 500℃开路电压为1.00V,最大功率密度达415mW·cm-2>.     

磺化聚砜/POSS杂化质子传导膜的制备及钒电池性能

将磺化度为62%的磺化聚砜(SPSf)与笼型倍半硅氧烷(POSS-NH_2)进行共混,得到系列SPSf/POSS-NH_2杂化质子传导膜,研究了POSS-NH_2含量对SPSf/POSS-NH_2膜的吸水率、面电阻、质子电导率、钒离子渗透率、机械强度、耐氧化性能及相应钒电池性能的影响.研究表明,添加POSS-NH_2后,热分解温度提高,质子电导率可达10.55 mS/cm, POSS-NH_2质量分数为5%的S-P-5%杂化膜钒离子渗透率降低至5.47×10~(-9) cm~2/min,质子选择性提高(1.930×10~6 S·min/cm~3),远优于Nafion115膜(1.23×10~5 S·min/cm~3)和纯SPSf膜(S-P-0%膜)(5.41×10~5 S·min/cm~3).与S-P-0%膜相比,S-P-5%膜为电池效率最佳,库伦效率可稳定维持在99.4%左右,高于Nafion115膜(92.38%)和S-P-0%膜(91.72%),电压效率和能量效率也得到明显提升,300次循环仍然具有较稳定的电池效率,自放电时间达117 h,是Nafion115膜的10倍,POSS的引入为SPSf质子传导膜性能的提升提供了新思路.     

质子导体燃料电池阴极材料的研究及发展概述

能源危机和环境污染是全世界在可持续发展道路中所面临的难题。固体氧化物燃料电池(SOFC)具有高能量转化效率和低污染排放,被认为是未来能源经济的基石。其中,以质子导体作为电解质的固体氧化物燃料电池(H-SOFC)由于具有高燃料利用率、高理论电动势、高离子迁移数以及低传导活化能,因而备受关注。然而,与氧离子导体固体氧化物燃料电池(O-SOFC)相比,H-SOFC的材料选择和理论体系还处于初级阶段,尤其是H-SOFC的阴极。在H-SOFC中,氢气在阳极被氧化,形成质子,通过电解质迁移到阴极,而后与氧进行电极反应生成水,其阴极的电极过程比O-SOFC更为复杂。寻找高性能的阴极材料和探索H-SOFC中的阴极反应机理,对于H-SOFC的发展具有重要的意义。围绕质子导体阴极材料的发展进行深入调研,着重阐述和总结了不同传导类型的阴极材料的电化学行为及其反应模型,为H-SOFC阴极材料的发展和应用提供了一种思路。     

分立纳米线提高电池的功率密度

由分立的纳米氧化锰构成的栅垫在美国宇航局喷气推进实验室被用作可充电电池及电容器的实验电极材料。由于是分别独立的，因而在栅垫中的这些纳米线是可充分交流的。由于这些纳米线的密度很高，制成的电极与电解液的接触有很大的表面积，对进出电极的离子扩散通道也很短。这些因素使电池的充电放电能以很高速率进行，因而提高了功率密度。     

钒流电池用磺化聚芴醚酮-聚苯胺原位表面复合质子交换膜的制备

质子交换膜是液流电池的核心部件之一。文中以磺化聚芴醚酮(SPFEK)膜为基膜,采用稀溶液化学氧化聚合法在SPFEK膜表面原位复合一层聚苯胺,通过调整苯胺(An)单体的浓度,制得SPFEK/PANI复合膜。采用扫描电镜与红外光谱表征了复合膜的结构,表明聚苯胺已经成功地在SPFEK膜表面复合。通过钒流单电池的性能测试,结果表明,当苯胺单体的浓度为0.05 mol/L时,所制备的复合质子交换膜具有最高的H+传导选择性,所组装的钒流电池具有最好的自放电性能,在充放电流为50 m A/cm~2时,电池的库仑效率、电压效率、能量效率分别达到95%,83%,75%。     

聚烯烃型隔膜的表面亲液改性

为提高锂离子电池聚烯烃多孔膜的亲电液性,增加其离子导电性能,采用辐射聚合甲氧基聚氧化乙烯丙烯酸酯对聚烯烃隔膜进行表面改性。改性后的隔膜对高极性电解液具有良好的湿润性。由于对电解液更高的吸附作用,通过吸附更多的液态电解液,使膜更易传导锂离子。改性膜作为隔膜制备的碳/正极材料锂离子电池不仅具有优良的容量保持性,也具有良好的倍率放电性能。     

镍氢( Ni /MH)电池 10C放电循环寿命衰减机理研究

对Ni／MH电池在1C充放电和1C充电10C放电条件下的循环寿命进行了考察,结果表明10C放电条件下电池循环寿命只有76次。对10C放电循环前后电池内阻、正负极电位、负极性能变化和贮氢合金腐蚀行为进行了研究。结果表明由于10C放电条件下电池的温度较高,导致合金腐蚀速度增加。而合金的腐蚀消耗电解液,使电池内阻增加,负极性能恶化,电池寿命发生衰减。     

锂离子电池中电解液与石墨类负极活性材料的相容性

选择了一种具有良好贮锂结构的人造石墨试样作为锂离子电池负极活性材料，考察了它在六种不同电解液中的恒电流充、放电性能和循环伏安特性，采用傅立叶变换红外光谱分析了不同电解液在试样颗粒表面发生还原反应时所形成的固体电解质中间相膜的成份和含量。据此得出的结论是：电解液与石墨类负极活性材料能否相容的问题，实质上就是所选定的电解液能否与其颗粒表面发生缓和的还原反应、生成薄而致密的只允许锂离子通过的固体电解质中间相膜。     

液相进样直接甲醇燃料电池性能研究

采用商品PtRu黑和Pt黑催化剂制备成甲醇阳极和氧阴极,Nafion(R)-117为固体电解质膜,组装成活性面积为6.4516cm2的单电池,研究了单电池的极化与功率特性以及单电池在放电运转过程中各种操作条件,如甲醇进样浓度、阴极氧化剂种类和压力、操作温度、燃料和氧化剂的进样方向等对单电池性能的影响,并考察了单电池的放电性能.结果表明:单电池极化曲线由3个特征区构成,最大功率密度约为15mW/cm2;甲醇浓度对单电池性能的影响与单电池运行温度有关;较之纯氧,以空气作为氧化剂时单电池的性能有所降低,随着空气压力的增加单电池的性能有所提高;随着操作温度的升高单电池性能明显改善;阳极甲醇由下往上进样,同时阴极空气由上往下进样时单电池性能最好;单电池在放电过程中具有性能自恢复特征.