氧化还原液流储能体系用有机电解液研究

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本文对氧化还原液流电池的研究热点和技术关键进行了较全面的综述,开展了单一体系和不同配体两种有机电解液在液流储能电池中的应用研究,并初步探讨了有机电解液的电极反应机理,主要内容如下: 以联吡啶铁(Ⅱ)作为电池的活性物质,根据电导率和循环伏安数据,以对甲苯磺酸为支持电解质,无水乙醇为溶剂的有机体系,组装静态电池进行充放电。结果表明:含0.02mol/L联吡啶铁和0.5mol/L对甲苯磺酸的无水乙醇溶液其电化学窗口可达2.0V。且在1mA恒流充电,0.5mA恒流放电的条件下,液流电池的能量效率为33.05%。 在不同充放电电流密度下进行电池性能测试,结果表明,有机电解液不合适进行大电流充放电;采用混合溶剂进行测试,结果表明,当乙腈与无水乙醇的比为1.5:1时,电池具有最高的能量效率,采用混合溶剂,更有利于电池的长期运行。 首次探讨了不同配体有机电解液的应用,以[Fe(bpy)3]2+/[Fe(bpy)3]3+做为电池正极,Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)-TEA做为电池负极,测试了各种电化学性能。结果表明:在1mA恒流充电,0.5mA恒流放电的条件下,正负极电解液浓度为0.02mol/L,四甲基氯化铵为0.5mol/L时,其单次充放电电池效率可达到26.72%。并且在20次循环内,其电压效率,电流效率和能量效率波动幅度不大,基本上保持稳定。 比较两种体系电池性能,单次充放电结果表明,单一体系能量效率最高可达33.05%,优于不同配体有机体系的最高能量效率26.72%,经多次循环结果表明,针对不同配体体系其电池的稳定性更优于单一体系,因此从储能体系长期运行来考虑,采用不同配体有机电解液比较合适。 应用循环伏安,极化曲线及交流阻抗等电化学方法研究了有机电解液在石墨毡电极上的反应机理。循环伏安分析表明,铁配位化合物氧化还原电对在有机溶剂中表现出准可逆性。不同开路电位下交流阻抗拟合分析表明,电荷传递步骤的电阻最大,因此电化学反应可能是电极反应的主要控制步骤,与极化曲线分析结果相一致。 在钒电池中应用有机体系。循环伏安结果表明,乙酰丙酮氧钒在DMF和DMSO溶剂中具有良好的氧化还原特性,其氧化还原过程为可逆单电子过程。以0.5mol/L四丁基高氯酸铵作为支持电解质,0.1mol/L乙酰丙酮氧钒为电活性物质,DMF作为有机溶剂,组装成静止型电池进行充放电测试,结果表明,其能量效率可达35.52%。
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