锂电池Li/ICl_3—非水体系的研究

本非水电池体系由Li阳极,多孔石墨电极和电解质溶液组成。电解质溶液是由有机溶剂和溶解在溶剂中的活性物质(ICl_3)及支持电解质构成。该电池体系,有较高的开路电压和工作电压,放电性能良好,与Li/Cl_2电池体系比较具有更方便的实用性。     

液流电池电解质的溶液化学研究最终报告

针对高稳定性、高活性全钒液流电池电解液以及高能量密度单液流电池沉积型电对及固体电极电化学性能与电解质溶液之间构效关系、高稳定性浓电解质溶液化学理论及作用机制等关键科学问题,以具备较大应用潜力的全钒双液流以及锌/镍、全铅单液流电池体系电解质的溶液化学为研究重点,通过电化学测试与材料物性表征相结合,深入研究了电解质溶液对全钒双液流以及碱性沉积型锌负极和电池性能的影响,阐明了电解液流速、锌沉积面容量和电流密度的关联;考察了不同种类的无机、有机添加剂以及添加剂中的官能团对电解液的热稳定性以及电化学活性的影响,深入研究了电解液溶液及添加剂对固体氧化镍正极活性和稳定性的影响,探讨了电解液添加剂与锌负极和氧化镍正极的相容性;研究了全铅单液流电池电解质溶液的物化性质,探明电解液组成对电极性能的影响规律;研究了电解液添加剂对全铅单液流电池电极性能的影响及其作用机制;考察了支持电解质对电解液的热力学稳定性、电化学活性以及循环稳定性等的影响,优化了电解液的组成,提高了电池充放电的能量效率和循环稳定性。重要的创新点包括以下方面:(1)确定了对于全钒液流电池电解液的热稳定性和电化学性能具有积极作用的添加剂结构和支持电解质组成;(2)阐明全铅单液流电池电解液中铅活性离子对电极性能的影响规律,优化了铅离子浓度;(3)提出电解液中添加电解PbO_2,降低沉积型PbO_2电极极化,抑制铅累积和枝晶的新方法,获得了高活性、高沉积均匀性Pb负极和PbO_2正极。     

活度系数法测定AgCl溶度积常数

实验假设水溶液中电解质浓度非常低时,AgNO_3水溶液中银离子的活度α(Ag~+)与KCl水溶液中氯离子的活度α(Cl~-)相等。依此假设条件设计原电池,使该原电池的电池反应为AgCl→Ag~++Cl~-,后采用补偿法测量一定温度下原电池中AgNO_3溶液浓度和KCl溶液浓度发生变化时的电池电动势E。依据能斯特方程和Debye-Huckel极限公式,推导出原电池电动势与电解质的平均活度系数及溶液浓度的关系,用外推法作图得到此电池反应的标准电动势E~θ。由平衡常数与原电池标准电动势的关系,得到氯化银的溶度积Ksp(AgCl)。     

电化学方法测定CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO-FeO熔渣中FeO的活度

利用MgO部分稳定的氧化锆管构建固体电解质电池:(+)Pt丝│Pt(air)│ZrO_2(MgO)│Ag+FeO(slag)│Fe丝(-),测定1723K下CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO-FeO五元渣系在不同FeO含量下的开路电位,计算得熔渣中FeO活度的变化,并将实验结果与FactSage热力学软件及正规离子溶液模型的理论计算值进行对比。结果表明,当外侧电极参考气氛由Ar气变为空气时,电池的开路电位发生明显的骤变,且稳定开路电位随熔渣中FeO含量的升高而降低,其对应的FeO活度则随之增加;FeO活度测定结果介于FactSage热力学软件和正规离子溶液模型的理论计算值之间,表明采用本文构建的新电池装置测定熔渣中FeO活度是可行的。     

CuCl2在混合溶剂(DMF-H2O)中的热力学性质

利用铜电极和Ag-AgCl电极组成可逆电池,通过测定电池的电动势,应用Nernst方程和Debye-Hückel公式,求得不同温度下CuCl₂在混合溶剂(DMF-H₂O)中的平均离子活度系数,计算CuCl₂在混合溶剂中的相对偏摩尔自由能,并根据电解质溶液的溶剂化理论,对CuCl₂的平均离子活度系数及相对偏摩尔自由能的变化规律进行了讨论.     

基于新型正极材料的高功率锂离子电池

采用尖晶石LiMn2O4材料制作了18650型锂离子电池,分析了影响锂离子电池大电流放电性能的主要因素如极耳、极片、电解质溶液等。又采用新型正极材料LiMnxNiyCozO2开发出性能更优越的18650型高功率锂离子电池,该电池可10C连续放电和8C快速充电,并具有优秀的循环性能和搁置性能。18650型高功率锂离子电池的开发,为研制混合电动车(HEV)用高功率锂离子电池提供了实验依据。     

氯化锌在水和乙醇混合溶剂溶液中热力学性质的研究

改变乙醇在混合溶剂中质量分数(x=0%,5%,15%)的条件下,测定了无液接电池(A)和电池(B)的电动势,确定了AgCl-Ag电极和Zn电极及其电极对在溶液中的标准电动势,计算ZnCl2在混合电解质溶液中的热力学迁移性质和平均活度系数r±.     

改性剂对PVA基碱性固体聚合物电解质性能的影响

为了改善PVA-KOH-H2O体系碱性固体聚合物电解质(ASPE)的性能,采用溶液浇铸法向其中添加改性剂制备复合电解质膜,利用X射线衍射仪(XRD)、循环伏安法(CV)和交流阻抗法(AC)等对电解质膜的物相和性能进行了表征.研究结果表明:聚合物电解质以无定形态为主,含极少量晶相,改性剂的适量添加可以降低电解质膜的结晶度增大无定形区域,离子电导率随PEO的加入先减小后增大,随增塑剂的加入先增大后减小,三种改性剂中GROL效果最好可达4.52×10-2 S/cm,电化学稳定窗口随改性剂的添加略微变窄,但仍显示了较好的电化学稳定性,当三种物质同时共混加入时电化学性能优于单个组分.该研究结论对制备高能量碱性固体电池具有一定的参考价值.     

高铁酸钡的制备及电化学性能研究

主要研究了正极材料BaFeO4的合成并利用XPS法对产品纯度进行检测。将BaFeO4作为一次性碱性电池中的正极活性物质，研究不同电解质溶液浓度下和不同材质的隔膜下的放电性能，发现以饱和Ba(OH)2和13mol／LKOH混合液为电解质溶液的电池放电比容量最高。另外采用WhatmanGF／A隔膜也可以明显改善高铁酸盐碱性电池的放电性能。     

ZnCl_2在混合溶剂(乙醇-水)中的热力学性质

应用锌电极和Ag-AgCl电极组成可逆电池,通过测定电池的电动势,应用Nernst 方程和Debye-Hückel极限公式,求得不同温度下ZnCl2在混合溶剂(乙醇-水)中的平均离子活度系数,计算ZnCl2在混合溶剂中的相对偏摩尔自由能,并据电解质溶液的溶剂化理论对ZnCl2的平均离子活度系数及相对偏摩尔自由能的变化规律进行了初步的讨论.     

多组分电解质溶液活度系数的确定

多组分电解质溶液是非常重要的课题。在大量的化工过程、海水的利用、人体的生理过程和细胞平衡,多组分电解质都起着重要作用。这种混合物的热力学早已做了详细地研究。确定多组分电解质溶液活度系数的实验方法很多,如电动势法,等压法,溶度法,冰点降低法等。其中电动势(e.m.f)法是特别有用的,因为它能直接得到由对于电极是可逆的离子组成的溶质的活度系数。运用电动势法的大多数工作是保持溶液总离子强度不变,或者保持一个组分的浓度不变而另一组分的浓度变化。例如,在保持溶液总离子强度恒定时,由氢电极和银-卤化银电极构成的无液接电池(Pt)H_2(g,latm)| HCl(mA),MCl_n(mB)| AgCl-Ag 溶液的一个组分是盐酸(A),另一组分是卤化物(B)。实验测最的emf校正到氢气压力为latm,就可得到各类离子强度分数yB=[n(n+1)mB/2]/[mA+n(n+1)mB/2]的HCl的活度系数 logγA=- 1/2[(E-E0)/K+logmA(mA十mB)]式中E0为电池标准电动势,k=(RTln10)/nF。对于多组分电解质溶液的活度系数,我们拟用Harned方程式,Scatchard方程式和Pitzer方程式描述。     

PVA-PAA-KOH碱性凝胶聚合物电解质薄膜的研究

由聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酸(PAA)成功制备了PVA-PAA-KOH碱性凝胶聚合物电解质薄膜.XRD结果表明,PAA和KOH的加入,有效降低了PVA的结晶程度,并使得该薄膜处于无定形态.交流阻抗结果表明,该薄膜的电导率随着PVA含量的增加而减小.当薄膜组成为PVA:AA:KOH=10:50:40(质量比)时,其室温电导率最大,为2.4×10-2S/cm.循环伏安(CV)和激光拉曼光谱结果表明,该电解质膜具有较好的电化学稳定性.以此薄膜为电解质组装聚合物镍氢二次电池,结果表明,与碱性水溶液为电解液的电池相比,该聚合物电池具有较优的循环寿命,低倍率放电性能良好.     

纳米复合Li2SO4质子传导膜H2S中温燃料电池

开发了一种制备纳米复合Li_2SO_4质子传导电解质和膜电极组装(MEA)的工艺.与传统的丝网涂布工艺不同,新的制备工艺是将阳极、阴极催化剂与纳米复合电解质同时一次压制成MEA.这就使得MEA的设计具有某些结构上的特点,由于膜厚减少和电极与电解质之间的接触良好,可以降低电解质与电极之间的欧姆电阻,提高其机械和导电性能,增加膜的质子传导性以及改善电池的性能.用电子扫描电镜(SEM)和电化学阻抗分析技术对电解质薄膜进行了表征,结果表明,纳米复合材料改善了MEA的总体性能.由于膜的致密性和不透气性,不会发生气体穿透过膜的现象.MEA在H_2S环境中很稳定.电池结构为H_2S,(MoS_2/NiS Ag 电解质量 淀粉) /Li_2SO_4 Al_2O_3/(NiO Ag 电解质量 淀粉),空气、MEA厚为0.8mm、电解质组成为65% Li_2SO_4 35% Al_2O_3的单电池在680℃时产生最大功率密度为130mW/cm~2,相应的电流密度为200mW/cm~2.     

Na_3AlF_6-AlF_3-Al_2O_3-CaF_2-LiF-NaCl系电解质密度的研究

研究了电解质中加入氯化钠,并用氯化钠取代部分氟化锂的电解质体系的密度.采用电子天平与计算机串口相结合的测量技术,根据阿基米德定律确定电解质体系的密度,误差小于1%.利用该方法,通过四因素四水平正交实验研究了Na3AlF6-AlF3(10.87%~16.67%)-Al2O3(3%)-CaF2(4%)-LiF(0~6%)-NaCl(0~8%)体系电解质密度,并且根据测量结果建立了该体系的密度数学模型:tρ(g.cm-3)=2.897 1-0.003 07AlF3(w/%)+0.003 041LiF(w/%)-0.009 32NaCl(w/%)-0.000 85t(℃).分析了不同分子比、氟化锂添加...     

聚合物电解质在电池中的应用及其研究进展

聚合物电解质是由聚合物及其衍生物组成的电解质体系。与传统电池电解质相比,其具有安全性高、热稳定性好、电化学窗口宽等优点,被广泛应用于锂离子电池、金属空气电池、燃料电池、太阳能电池等。近年来,研究人员主要通过研究聚合物电解质的结构组成以提高其离子电导率,例如,在体系中使用阴离子体积较大的金属盐,通过多种方法(共混、共聚、交联、添加填料)将缺电子基团引入聚合物。此外,未来的研究方向还包括利用导电聚合物、改变聚合物电解质的孔隙结构、制备有机-无机复合材料等。本文介绍了聚合物电解质在电池特别是锂离子电池中的应用,综述了聚合物电解质的作用机理、分类、改性方法等方面的最新研究进展。     

四元交互体系Li,K/Cl,SO_4—H_2O50℃,75℃相关系研究

用恒温方法研究了四元交互体系 Li,K/Cl,SO_-H_2O 50℃,75℃的平衡溶解度.该系统(50℃,75℃)的相图是由六条单变量线组成,且有五个结晶区,三个单变点.其中的一点是一致性单变点,其余的点是非一致性单变点.采用混合电解质溶液理论 Pitzer 模型,用所测得的该系统的溶解度数据可获得 Pitzer 参数.测定了该体系(25℃)的溶解度、平衡溶液的密度、折光率;平衡固相的溶度积、蒸汽压.计算结果与实测结果一致.     

Li/MnO2电池电解液阻燃剂的研究

为了降低Li/MnO2电池电解液的可燃性、提高电池的使用安全性,本文研究了以DMMP(Dimethyl methylphosphonate,甲基膦酸二甲酯)和TCEP(Tri(2-chloroethyl)phosphate,磷酸三(2-氯乙基)酯)作为阻燃添加剂,LiClO4为电解质盐的新型电解液,分别比较了添加DMMP和TCEP对电解液阻燃性、电池交流阻抗和放电性能的影响.     

基于新型正极材料的高功率锂离子电池

采用尖晶石LiMn₂O₄材料制作了18650型锂离子电池, 分析了影响锂离子电池大电流放电性能的主要因素如极耳、极片、电解质溶液等。又采用新型正极材料LiMn_xNi_yCo_zO₂开发出性能更优越的18650型高功率锂离子电池, 该电池可10C连续放电和8C快速充电, 并具有优秀的循环性能和搁置性能。18650型高功率锂离子电池的开发, 为研制混合电动车(HEV)用高功率锂离子电池提供了实验依据。     

ZrO_2(掺杂Y_2O_3)固体电解质水蒸气传感器

用ZrO2(掺杂摩尔分数为8%的Y2O3),按照一定的烧结制度得到的小管为固体电解质,分别以已知平衡水蒸气压的H2C2O4和H2C2O4·2H2O的混合物及Na2SO4和Na2SO4·10H2O的混合物为参比电极,同时根据物理化学原理,水溶剂中加非挥发性溶质可以得到不同的水蒸气分压,以纯水和不同浓度的KOH溶液为待测电极,构成水蒸气浓差电池,在0～35℃和8～23℃的范围内,分别对上述两类水蒸气电池做敏感性实验的研究·实验发现,如果以pH2O(Ⅰ)、pH2O(Ⅱ)分别表示待测极和参比极水蒸气压,电池电动势E同lg(pH2O(Ⅰ)/pH2O(Ⅱ))呈现较有规律的变化,即电池的电动势随温度的升高而...     

K2FeO4在KOH溶液中的电极反应特征

采用三电极体系法,研究K2FeO4电极在不同浓度KOH溶液中的放电行为、电化学阻抗谱(EIS)和极化曲线,以探明K2FeO4在不同浓度碱液中的电极反应特征.结果表明,电解质溶液中的OH-和H2O参与了电极反应过程,在浓度高的KOH溶液中,K2FeO4的电极过程表现为电化学控制步骤;而在稀KOH溶液中,表现为扩散控制特征.