全釩氧化還原液流電池電解液的研究.pdf

1、全釩氧化還原液流電池（Vanadium redox flow battery，簡(jiǎn)稱釩電池）是基于VO2+/VO2+與V2+/V3+電對(duì)的新型儲(chǔ)能電池技術(shù)，能量存儲(chǔ)于電解液中。釩電池與傳統(tǒng)的蓄電池相比，具有可快速、大容量充放電，自放電率低，電池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。如何獲得比能量高、性能穩(wěn)定的電解液就是釩電池的關(guān)鍵問題之一。
　　隨著我國(guó)可再生能源法的正式實(shí)施，國(guó)家對(duì)風(fēng)能、太陽能等新型能源發(fā)電非常重視。發(fā)展可再生能源需要大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)與之

2、配套，結(jié)合我國(guó)具有豐富釩資源的優(yōu)勢(shì)，這就為建立大規(guī)模、低成本、可廣泛使用的釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)提供了廣闊的發(fā)展空間。釩電池正負(fù)極電解液的基本組成為不同價(jià)態(tài)的釩離子+H2SO4+水，與其它二次電池不同，釩電池電解液不僅是導(dǎo)電介質(zhì)，更是實(shí)現(xiàn)能量存儲(chǔ)的電活性物質(zhì)，是釩電池儲(chǔ)能及能量轉(zhuǎn)化的核心，因此釩電池的充放電效率、運(yùn)行壽命和能量密度等關(guān)鍵性能都與電解液性能密切相關(guān)，特別是與電解液的的熱力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。本課題主要研究的內(nèi)容有:
　　(1)在電解

3、液中加入不同的添加劑，并進(jìn)行電位滴定和紫外定量分析，考察釩電池電解液的穩(wěn)定性，討論添加劑對(duì)釩電池電解液還原性的影響。結(jié)果表明:釩電池正極電解液的溫度越高，V(Ⅴ)溶液越不穩(wěn)定;溫度相同的情況下，溶液中V(Ⅴ)的濃度較高時(shí)，溶液穩(wěn)定性變差;在電解液中加入少量的低濃度的添加劑時(shí)，可以明顯的提高電解液的穩(wěn)定性;H2SO4濃度恒定為2mol/L的情況下，V(Ⅴ)濃度為1.5mol/L時(shí)，所選用的五種添加劑中草酸鈉、草酸銨所起到的穩(wěn)定效果較佳，當(dāng)

4、V(Ⅴ)濃度為1.8mol/L，溫度為40℃時(shí)，較適合選擇尿素和CTAB，溫度為50℃時(shí)，適合選擇草酸鹽;在紫外定量分析中，在不同濃度，不同溫度下加入草酸鈉和草酸銨后釩電池電解液中V4+含量均較高，草酸鈉和草酸銨對(duì)于V5+的穩(wěn)定性起到了抑制沉淀析出的作用。
　　(2)利用電化學(xué)工作站測(cè)定循環(huán)伏安曲線、交流阻抗譜等研究添加劑對(duì)電解液的電化學(xué)反應(yīng)可逆性及反應(yīng)活性等性能的影響。結(jié)果表明:釩電解液中加入不同濃度添加劑時(shí)，電極反應(yīng)活性有很大

5、的提高，反應(yīng)的可逆性也有上升，尤其草酸鈉、草酸銨的陽極峰電流和陰極峰電流均較大;1.5mol/L VOSO4的硫酸溶液比1.8mol/L VOSO4的硫酸溶液有更好可逆性與電化學(xué)活性;加入添加劑后，電解液的電化學(xué)性能有所提升，交流阻抗譜中，加入草酸鈉、草酸銨時(shí)電化學(xué)反應(yīng)阻抗有所降低;加入3％CTAB、2％尿素時(shí)，電化學(xué)反應(yīng)阻抗增大。
　　(3)采用電導(dǎo)法測(cè)定極稀水-VOSO4二元溶液體系的解離常數(shù)，釩電池電解液中釩離子對(duì)的解離常數(shù)

6、和釩離子的活度與電池性能直接相關(guān)，而且解離常數(shù)與溫度有關(guān)，而與濃度無關(guān)，研究其隨溫度和組成的變化規(guī)律，進(jìn)而研究釩電池的相關(guān)熱力學(xué)性質(zhì)，為進(jìn)一步優(yōu)化釩電池用電解液的工作提供部分理論基礎(chǔ)。結(jié)果表明:硫酸氧釩極稀水溶液的電導(dǎo)率κ值隨濃度的升高而增加，隨溫度的升高而降低;極限摩爾電導(dǎo)Λ0隨溫度的升高而增加;采用改進(jìn)的Ostwald稀釋定律和改進(jìn)的Davies方程估算了硫酸氧釩離子對(duì)解離度α、活度系數(shù)γ和溶液的真實(shí)離子強(qiáng)度I;應(yīng)用Fouss法和S