正极材料和充电条件对PbO2沉积行为与储电效率的影响

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实现风光电就地消纳微网运行的技术难点是开发出大容量(兆瓦级)、长寿命(万次以上)、低成本(5000¥/KWh)的储能系统,单液流甲基磺酸铅液流电池以其pb2+/PbO2电对于弱酸性介质中理论上存在的永久可逆转换特性,和以PP板、石墨导电板为原料的系统制造成本,而引起微网电站建设行业的高度关注。但因PbO2对正极的胶状沉积特点,正极对PbO2的稳定化能力便成为制约电池效率和寿命的控制因素。基于此,本文系统研究了石墨/聚合物导电板、石墨毡、泡沫钛和钛网四种正极材料对Pb02沉积行为的影响,提出了能够改善正极结合的理论正极模型,并且研究了电流密度、充电时间和电解液掺杂对于储电效率及正极沉积α-PbO2/β-PbO2的晶型含量的影响规律。  结果表明:石墨类电极材料能够保证PbO2的均匀沉积,并且提高石墨类电极的比表面积有利于大电流密度的充放电,但PbO2和石墨类电极的结合能力较弱;金属Ti基复合电极能够改善PbO2与电极的结合,原因在于PbO2在复合电极上具有优先沉积位置,钛网为PbO2的沉积提供了骨架支撑,而泡沫钛表面孔洞有利于PbO2和正极的物理镶嵌结合,基于此提出了有利于1改善正极沉积物与电极结合能力的理论正极应该是具有孔洞结构的金属块体按照一定的尺寸规则要求分布于石墨类材料上的复合电极;随着电流密度的增大,正极沉积PbO2颗粒先致密后疏松,并且大的电流密度有利于α-PbO2的比例升高;充电时间的延长也会导致正极沉积中α-PbO2的相对含量升高,正极沉积物的活性降低;Cl-和F-掺杂均能抑制α-PbO2的生成,提高正极沉积物活性,但是Cl-的掺杂会导致正极沉积物的结晶效果变差,沉积物表面疏松多孔,而F-掺杂对于正极沉积物的结晶和形貌影响不大;H2O2能够回收正负极板残留的PbO2和Pb沉积物,并且有利于改善沉积物的结晶状态,但会氧化电解液生成PbSO4沉淀。
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