功率型液流电化学储能体系的研究

论文摘要

随着科技发展和社会进步,能源和环境问题也日趋严峻。发展清洁高效的能源利用形式成为我们必须面对的重大问题。液流电化学储能作为一种新型的储能方式以其长寿命、无污染、容量可调控等优点,有希望成为本世纪新型的绿色能源。但目前的液流电化学储能体系是以大规模蓄电为主要特征的,不适合需要大功率的应用场合。本论文基于薄液层储能的基本思路通过改变电极结构,优化电极活性物质的流动方式,设计了一种功率型液流电化学储能体系,既保持了液流蓄电体系高容量的特点,又具有薄液层超级电容器高功率的优势。1,采用电解液平行穿过多孔电极的流动方式,设计和组装了功率性液流储能单元电池,测试了电极活性物质浓度、电极活性物质流速、电极厚度、隔膜等因素对电池功率性能的影响,并分别测试了阳离子隔膜和阴离子隔膜为电池隔膜时电池的循环性能。分析了电池循环性能衰减的原因以及电池自放电时电解液中钒离子价态的变化。2,研究了液流电化学储能体系电堆设计的原则,以及电堆系统的不同组成部分的功能,提出了液流电化学储能体系电堆双极板的选择标准。特殊的增强型复合膨胀石墨板导电性高,机械性能好,易于加工,致密性高,膨胀石墨表层憎水,整体抗腐蚀性能好等优点,作为一种新材料用于液流电化学储能体系电堆中,可以提高电池寿命,简化电池制造工艺,降低成本。3,以增强型复合膨胀石墨板为集流体,复合膨胀石墨板为双极板,采用压滤机式结构,分别设计和组装了电极为2cm×2cm的三电池组和4cm×4cm的五电池组,测试结果显示电堆中各节单元的均一性较好,电堆性能良好。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 液流电池的简介
• 1.1.1 液流电池的发展历史
• 1.1.2 液流电池的特点
• 1.1.3 液流电池的应用范围
• 1.1.4 液流电池的意义和研究方向
• 1.2 超级电容器的简介
• 1.2.1 超级电容器的工作原理
• 1.2.2 超级电容器的国内外应用研究现状
• 1.3 薄液层超级电容器简介
• 1.3.1 薄液层超级电容器工作原理
• 1.3.2 薄液层超级电容器电极活性物质的选择
• 1.3.3 薄液层超级电容器应用研究
• 1.4 功率型液流电化学储能体系的研究
• 1.4.1 功率型液流电化学储能体系应用特点
• 1.4.2 功率型液流电化学储能体系在电动自行车领域应用
• 1.5 本课题的提出及设想
• 参考文献
• 第二章 实验仪器及方法
• 2.1 本文中使用的实验试剂
• 2.2 液流电化学储能体系单元电池的制作
• 2.2.1 液流电化学储能体系电解液制备
• 2.2.2 液流电化学储能体系电极制作
• 2.2.3 膜的选择和处理
• 2.3 电池材料表征及电池性能测试
• 2.3.1 电位滴定法
• 2.3.2 恒流充放电测试
• 2.3.3 极化曲线测试原理简介
• 参考文献
• 第三章 液流电化学储能体系单元电池的构造及性能
• 3.1 液流电化学储能体系单元电池的设计和制作
• 3.2 液流电化学储能体系的能量转换机理
• 3.3 液流电化学储能体系的影响因素研究
• 3.3.1 多孔电极孔隙内活性物质更换速度对单元电池放电电压和功率密度的影响
• 3.3.2 活性物质的浓度对单元电池放电电压和功率密度的影响
• 3.3.3 多孔电极厚度对单元电池放电电压和功率密度的影响
• 3.3.4 隔膜的选择
• 3.4 液流电化学储能体系单元电池的性能研究
• 3.4.1 液流电化学储能体系单元电池的充电性能
• 3.4.2 单元电池内阻
• 3.4.3 单元电池倍率放电性能
• 3.4.4 单元电池放电内阻
• 3.4.5 液流电化学储能体系单元电池循环性能研究
• 3.4.6 液流电化学储能体系单元电池自放电分析
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 第四章 液流电化学储能体系电堆的组装和性能
• 4.1 引言
• 4.2 液流电化学储能体系电堆的设计
• 4.2.1 电堆节数与电极工作面积的确定
• 4.2.2 共用管道形式的选定
• 4.2.3 密封结构与材料
• 4.2.4 电堆内电解液的分配
• 1. 电堆的极化析气和反极
• 2. 反极原因分析
• 4.2.5 液流电化学储能体系电堆系统
• 4.3 液流电化学储能体系电堆材料的选择和电堆的组装
• 4.3.1 液流电化学储能体系电堆组成材料的选择
• 1. 双极板材料
• 2. 密封材料的选择
• 3. 其他材料的选择
• 4.3.2 液流电化学储能体系电堆的组装
• 1. 液流电化学储能体系电堆部件优化设计
• 2. 液流电化学储能体系电堆流动泵的优化
• 3. 液流电化学储能体系电堆的组装
• 4.4 液流电化学储能体系电堆的性能测试
• 4.4.1 电解液流速的标定
• 4.4.2 电解液流速对液流电化学储能体系电堆性能的影响
• 4.4.3 电流对液流电化学储能体系电堆性能的影响
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 论文总结与展望
• 1. 论文主要结论
• 2. 问题与展望
• 攻读硕士学位期间的主要论文和成果
• 致谢