PVA-ZrP复合膜作为全钒液流电池隔膜的研究

采用浇铸浸渍法制备了PVA-x%ZrP(磷酸锆)(x=10, 15, 20)复合膜. 采用红外光谱(IR)和差热分析(DTA)对膜进行表征. 考察复合膜在不同电流密度(0～70 mA/cm2)下的膜压降和对VO2 /VO 2离子的渗透性. IR研究结果表明, 复合膜中ZrP与PVA间产生相互作用, 使得PVA的微观结构发生变化. 复合膜在165～170 ℃之间出现强吸热峰, 这是由于磷酸锆脱去结晶水及PVA分子内脱去化学吸附水, 于220 ℃开始出现一个较强的放热峰, 表明PVA的分子内羟基缩合脱水和磷酸锆开始发生相变. 复合膜的膜压降除了与电解液硫酸浓度有关外, 还与其中的ZrP含量有关, ZrP含量增加, 膜压降也提高, 但离子选择性也增加, 表明复合膜由其微结构中的电解液导电逐步向ZrP导电过渡;所制备的复合膜中, PVA-15%ZrP具有较好的综合性能.     

添加剂对全钒液流电池电解液的影响

采用化学还原法由V2O5制备了V(Ⅳ)、V(Ⅲ)离子硫酸溶液,结合原子发射光谱法测定了多种添加剂对钒离子浓度的影响,并采用循环伏安法研究了添加剂加入后电解液在铂电极上的电化学行为.结果表明,多种添加剂加入后电解液中钒离子浓度有所增加,但对钒离子硫酸溶液的电化学可逆性以及溶液电导率基本没有影响.     

全钒液流电池电极材料的研究进展

介绍了全钒液流电池的结构、原理、特点及其发展过程，对制约全钒液流电池发展的电极材料这一关键组成作了论述.从电极材料的对比分析、电极改性方法的介绍及其电化学性能的优化机制等方面，综述了钒电池电极材料的发展过程及现状.     

全钒液流电池荷电状态检测方法研究

提供了2种方便快速在线检测全钒液流电池SOC状态的方法. 其一,将一定SOC状态的参比溶液,与待测的正负极电解液通过离子交换膜,用石墨棒做电极组成电池,检测其开路电压,对比在此浓度下的标准电势曲线,确定电解液所处的SOC状态;其二,在电解液管路中并入一个装置将正负极电解液通过离子交换膜连接起来,使用石墨棒做电极,检测其两电极间电势差,即为电池的开路电压;可以将这2种方法结合起来,可以准确地实时检测到电池所处的SOC状态,对于电池的安全有效运行,有着十分重要的意义.     

三乙醇胺对全钒液流电池正极电解液的影响

通过热稳定性考察、紫外-可见吸收光谱、循环伏安和充放电测试,研究了三乙醇胺作为全钒液流电池正极电解液添加剂对电化学活性和5价钒电解液热稳定性的影响.实验结果表明,三乙醇胺对电解液的热稳定性有较大的提高,5价钒离子浓度在50℃下保存12h后仍有1.08mol/L,高于空白电解液的0.16mol/L.由可紫外-可见吸收光谱可知,三乙醇胺的加入没有改变钒的成键方式.同时,三乙醇胺对正极电解液的电化学活性和可逆性也有提高,有更高的峰电流和更小的峰电位差,组装的电池前30个循环平均能量效率可达80.4%,高于空白电池的1.4%.     

全钒液流电池导电双极板材料研究

以PVDF和石墨为基体制备了全钒液流电池的双极板,并测定了双极板的电导率和弯曲强度. 结果表明所用膨胀石墨填加量为50%时,所制得的双极板同时具有优异的导电性(92 S/cm)和机械强度(51 Mpa).     

全钒液流电池的质子传导膜研究

全钒液流电池有望用于大规模太阳能、风能发电过程,用作蓄电储能设备,稳定输出功率. 质子传导膜作为该电池内的重要功能材料之一,目前已得到广泛的研究. 该文分析介绍了本实验室制备质子传导膜的工艺,以及面电阻、化学稳定性等膜性能指标,并与现有商业化质子传导膜进行比较.     

全钒液流电池的稳态充电数值模拟

为研究大容量蓄电储能全钒液流电池的充电能力,建立基于电池内部传递与反应相耦合的机理模型,模拟电池二维、等温、稳态、充电的状态,得到电池极化的比重数据,并从机理出发深入分析极化的主要来源.通过数值模拟碳毡电极电导率对电极过程的影响,给出反应区域的二维分布特点及规律.研究结果表明:欧姆极化约占总极化电压的50%,浓差极化约占30%,动力学极化占20%;反应区域的分布与多孔电极电导率及电解液电导率的相对大小有关,电流总是选择电阻较小的方式传导.     

液流储能电池研究进展

液流储能电池技术是一种高效、大规模电化学储能技术,在风能、太阳能等可再生能源发电、智能电网建设等方面有着广阔的应用前景. 该文重点介绍了大连化学物理研究所在液流储能电池方面的研究进展,并对液流储能电池技术发展作了简要论述.     

双卡尔曼滤波下的全钒液流电池荷电状态估计

全钒液流电池(vanadium redox flow battery,VRB)荷电状态(state of charge,SOC)是评价电池性能、估算电池容量的重要参数,也是储能系统管理和调控的关键依据。文章通过搭建实时仿真平台,采用基于卡尔曼滤波原理,在扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)算法的基础上提出的双卡尔曼滤波(double Kalman filter,DKF)算法对全钒液流电池SOC进行在线估计,并将其与传统的安时积分法测量方式进行对比分析。实验表明,该方法相比于安时积分法具有更好的准确性,且估算误差在2%以内。     

磷酸钒锂材料及全钒锂离子电池性能研究

采用溶胶凝胶、喷雾干燥、碳热还原法合成了球形Li3V2 (PO4)3材料. 与金属锂配对组成半电池时,Li3V2 (PO4)3在4 V和2 V附近都有明显的充放电电压平台,分别对应于V4+/V3+和V3+/V2+电对. 同时以Li3V2 (PO4)3作为正负极材料,组装成2 V级全钒锂离子电池. 对该电池在1.5～3.0 V范围内进行充放电测试,结果表明,该全钒锂离子电池具有优良的电化学性能. 全钒锂离子电池可能成为磷酸钒锂材料应用的新领域.     

重构全钒液流电池碳毡力学仿真及孔尺度模拟

为探究全钒液流电池(VRFB)碳毡微观尺度下承受压力的位移变形并量化其对传输特性的影响,应用X射线断层扫描(XCT)微观重构技术、有限元方法(FEM)和孔尺度模拟技术(PSM),考虑碳纤维间受压缩的接触摩擦及挤压弯曲,重构碳纤维微观结构,研究了碳纤维不同压缩比3D(X,Y和Z方向)位移分布,并量化位移变形对微结构传输特性的影响。结果表明:随着压缩比增大到30%,Z方向位移变化最为明显,计算域A位移变化为:-59～+5μm,计算域B位移变化为:-145～+16μm,钒离子XY方向扩散系数减小15.4%,Z方向扩散系数减小24.2%,XY方向电导率升高112.5%,Z方向电导率增大113.3%,模拟结果与实验结果趋势较吻合,可以较好模拟预测碳毡电导率计算域尺寸为:X/Y=300～400μm,Z=200～400μm。     

全钒液流电池正极和负极材料的处理方法

为了获得大反应电流,全钒氧化还原液流电池使用聚丙烯腈基碳毡为电极活性材料.在空气中热处理碳毡可以增加其表面含氧官能团浓度,改善碳毡的亲水性,降低反应过电位.实验表明:电池的过电位主要由正极反应造成;热处理正极碳毡可以大大降低电池极化内阻,负极碳毡热处理后降低了析氢过电位,从而降低了电池的电流效率;正极使用热处理后的碳毡,负极使用未经处理的原毡,可以获得更好的电池能量效率.     

有机弱酸添加剂稳定全钒液流电池正极电解液的微观机制

正极电解液是全钒氧化还原液流电池的重要组成部分,对电池性能有直接影响.随着温度升高,电解液中的五价钒离子以五氧化二钒形式生成沉淀,导致电池性能变差.使用少量添加剂可以提高正极电解液稳定性,但其微观机制尚未明确.使用密度泛函理论方法探讨了草酸盐、醋酸盐、柠檬酸盐等有机弱酸盐添加剂对正极电解液稳定性的影响,尝试从分子水平理解添加剂提高钒电池效率的微观机制.研究发现:草酸盐、醋酸盐和柠檬酸盐等添加剂可与电解液中的五价钒物种发生反应,其反应势垒低于形成五氧化二钒的势垒,减少了五氧化二钒的生成概率,从而提高了正极电解液的稳定性.     

全钒氧化还原流体电池的电化学行为

本文介绍了全钒氧化还原流体电池及其结构和充放电机理。该电池是一种新型储能材料。它用ＶＯＳＯ４溶液作电极活性材料。一系列充放电试验结果表明,该电池具有良好的电化学性能。     

CSA／PAN复合膜的渗透汽化性能

制备了渗透汽化性能较好的壳聚糖醋酸盐 /聚丙烯腈复合膜 (CSA/PAN) ,研究了进料浓度、温度、膜厚对渗透汽化性能的影响。实验表明 ,此膜适于分离高浓度的乙醇 /水溶液。并回归了水和乙醇的传质经验关联式     

锂离子电池用无纺布支撑聚合物复合膜的制备

采用γ射线辐射接枝的方法在无纺布纤维表面接枝苯乙烯。将接枝改性后的无纺布浸渍于丁酮/PVDF-HFP/丁醇混合液中,真空干燥后制得多孔的无纺布支撑聚合物电解质复合膜。以其为隔膜组装了聚合物锂离子电池(LiMn2O4/无纺布聚合物复合膜/Li),进行充放电测试。研究结果表明,无纺布聚合物复合膜具有合适的厚度,一定的机械强度。辐射接枝提高了无纺布与聚合物混合液的结合力,在电池的充放电循环过程中不易发生短路,电池的容量和循环性能得到显著提高。     

锂离子电池用无纺布支撑聚合物复合膜的制备

采用γ射线辐射接枝的方法在无纺布纤维表面接枝苯乙烯。将接枝改性后的无纺布浸渍于丁酮/PVDF-HFP/丁醇混合液中,真空干燥后制得多孔的无纺布支撑聚合物电解质复合膜。以其为隔膜组装了聚合物锂离子电池（LiMn₂O₄/无纺布聚合物复合膜/Li）,进行充放电测试。研究结果表明,无纺布聚合物复合膜具有合适的厚度,一定的机械强度。辐射接枝提高了无纺布与聚合物混合液的结合力,在电池的充放电循环过程中不易发生短路,电池的容量和循环性能得到显著提高。     

考虑含全钒液流电池储能系统的广义综合负荷模型

构建了适用于电网仿真的全钒液流电池(all-vanadium redox flow battery,VRB)模型,研究了VRB储能系统的外特性.从外特性等效拟合的原理出发,忽略VRB系统的无功功率,提出了VRB储能系统的等效模型.该模型结构简单,参数少,易于辨识,能够有效拟合电网在大扰动和连续小扰动情况下的储能系统外特性,其优势在于能够模拟电池储能的出力极限情形.建立了所提出的VRB等效模型与考虑配电网参数和无功补偿的传统负荷模型并联的广义综合负荷模型(Generalized Synthesis Load Model,GSLM),对含VRB储能系统的配电网广义综合负荷特性进行辨识建模.算例表明,与传统综合负荷模型相比,该GSLM能够更精确描述含储能系统的配电网综合负荷特性,VRB在综合负荷中比例越大,这种优势越明显,且模型参数辨识结果具有较好的稳定性和综合描述能力.     

水系有机液流电池中分子体系研究进展

作为一种极具潜力的大规模储能设备,氧化还原液流电池（redox flow batteries,RFBs）近十年来发展迅速。与传统水系无机RFBs（以钒、锌、铁、卤素等无机离子为氧化还原活性分子）相比,水系有机氧化还原液流电池（aqueous organic redox flow batteries,AORFBs）的电化学活性分子种类更多、来源更广,AORFBs已成为RFBs领域中的研究热点。此外,有机分子所具有的结构易修饰、电化学窗口灵活可调的优势,使AORFBs有望突破传统水系RFBs的功率和能量密度。然而,目前有机分子的稳定性差和溶解度低等问题使AORFBs的实际寿命和运行成本仍无法与钒液流电池的相比。为此,研究者们做了大量工作,本文综述了5类常见的AORFBs体系的研究进展,分别为以有机金属配合物、氮氧自由基、醌类化合物、紫精衍生物和有机聚合物作为活性分子构成的AORFBs体系;总结了各类AORFBs分子体系的特点和待解决的科学问题,并对未来AORFBs的发展方向进行了展望。