钒液流电池石墨毡电极材料的修饰

论文摘要

钒氧化还原液流电池是一种新型的蓄电池,较传统的蓄电池相比有许多的优点。但钒电池的发展也受到一定的限制,主要有三个影响因素：电极材料、隔膜和电解液。理想的钒电池电极材料必须具备以下几种特点：良好的稳定性；良好的机械性能、耐酸性、抗五价钒的强氧化性,以延长电池寿命；良好的电化学活性,以确保钒电极反应的进行,并使得氢和氧的析出电位达到最小；导电性好；成本尽量低。目前为止,国内外使用的电极材料主要是石墨毡类。但石墨毡表面是憎水的,电化学活性差,电极反应可逆性较差,需要选择合适的方法对电极进行表面修饰,使石墨毡有效表面积增大,毡表面-C-O、-C=O等含氧官能团增多,活化钒电池体系的反应,加速钒离子的传递、降低钒离子在石墨毡电极上反应的过电位。本论文主要采用硫酸、普鲁士蓝、电化学阳极氧化法修饰石墨毡电极材料,比较修饰前后石墨毡作为钒电池电极材料的循环伏安特性；通过充放电实验,比较修饰前后电池能量效率、电压效率、库伦效率的变化,石墨毡表面电阻率的变化及充电电压与放电电压的变化；通过电位滴定定量分析修饰后石墨毡中含氧官能团的增加量,从而说明修饰后石墨毡作为电极材料可以活化钒电池电极反应,加速钒离子的传递、降低钒离子在石墨毡电极上反应的过电位；最后通过扫描电镜观察修饰前后石墨毡的表面形态。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 实验背景
• 1.2 理论意义
• 1.3 钒液流电池反应原理
• 1.3.1 液流电池的概念、特点
• 1.3.2 钒液流电池反应原理
• 1.3.3 钒液流电池的构成
• 1.3.4 钒液流电池应用领域
• 1.4 钒氧化还原液流电池研究现状、发展动态
• 1.4.1 钒氧化还原液流电池研究现状
• 1.4.2 钒氧化还原液流电池研究动态及努力方向
• 1.5 电极材料发展状况
• 1.6 碳毡结构对电池的影响及碳毡表面处理理论基础
• 1.6.1 石墨毡的结构及对钒电池的影响
• 1.6.2 碳毡表面处理理论基础
• 1.6.3 碳毡做电极材料所存在的问题和不足
• 1.6.4 碳毡表面修饰原理
• 1.7 本论文的主要研究内容
• 第2章 实验内容
• 2.1 实验仪器及试剂
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 实验仪器及装置
• 2.2 实验用的电池
• 2.3 电化学测试方法
• 2.3.1 循环伏安法
• 2.3.2 电池充放电测试
• 2.4 电位滴定法
• 2.4.1 电位滴定法基本原理
• 2.4.2 电位滴定终点的确定
• 2.4.3 电位滴定中指示电极的选择
• 2.4.4 电位滴定法特点和应用
• 2.5 实验部分
• 2.5.1 自制电池
• 2.5.2 碳毡的选择
• 2.5.3 电极的制作与改性
• 2.5.4 循环伏安测试
• 2.5.5 电池充放电实验
• 2.5.6 -COOH（R）含量测定
• 2.5.7 扫描电镜实验
• 第3章 结果与讨论
• 3.1 实验用石墨毡的选择
• 3.2 循环伏安测试结果
• 3.3 充放电测试
• 3.4 -COOH（R）含量测定结果
• 3.5 扫描电镜图像
• 第4章 结论
• 参考文献
• 致谢