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。     

CaSn(OH)_6的结构及其在锌镍电池中的应用

为了改善锌负极的循环性能,采用共沉淀法合成CaSn(OH)6,并将其作为锌镍电池的负极添加剂,研究其对锌负极电化学性能的影响。研究结果表明:通过共沉淀方法合成的CaSn(OH)6粒度分布均匀,平均粒径在1μm左右,并且具有较高的纯度;添加CaSn(OH)6的锌负极在循环过程中游离出了Ca(OH)2和金属锡等有益物质,并进一步与ZnO反应生成锌酸钙,降低了锌负极活性物质在电解液中的溶解性,从而显著提高了锌电极的循环性能;以CaSn(OH)6与ZnO的混合物为负极活性物质的模拟锌镍电池具有较高的放电平台和优良的循环性能,经过50次循环后,电池放电容量保持为起始容量的72.6%。     

绿色电池发展现状和前景分析

<正> 国内外信息技术迅猛发展,信息通讯产业已经成为国民经济和社会发展的支柱产业之一。由此也极大地推动了新型绿色电池技术的发展及其产业化进程。作为通信使用的电池,以下新型绿色电池技术和相关产业发展尤为迅速。 1.贮氢材料及金属氢化物镍蓄电池 2.锂离子嵌入材料及液态电解质锂篱子蓄电池 3.聚合物电解质锂蓄电池或锂离子蓄电池 4.锌空气电池和PEM燃料电池     

碱性条件下电解液添加剂对锌电极作用的研究

通过循环伏安法研究了电解液添加剂对碱性溶液中锌电极循环寿命的影响，并研究了放电过程中锌向镍正极的迁移情况。最后，以单电池的形式检验了上述结果。     

高效能液流储能电池新体系探索研究年度报告

我国能源安全和环境污染形势严峻,需要加快可再生能源发展,必须解决高效规模储能技术才能实现稳定供电。液流电池是规模蓄电的首选电源,在电网调峰、可再生能源发电的储能等方面具有巨大的应用前景,其开发对于可再生能源高效利用具有重要的现实意义。为弥补全钒液流电池体系面临的难题,该研究致力于研发液流电池新体系。该年度研究了全铅液流电池、锌镍单液流电池、锌溴液流电池及其材料性能,初步获得了液流电池新体系的设计规律。锌镍液流电池,研究了锌电极特性、正极衰减特性和电池模拟,研制了200Ah的电池单体,组成了38 V200 Ah和38 V600 Ah电池系统,充放电能量效率分别达到79%和74%以上(约1/3C)。研究了倍率性能提升方法,80 m A/cm~2电流密度下能量效率可到80%。研究了锌溴液流电池结构和性能,验证了1 k W/2 k W·h电池系统,充放电能量效率达到75%(约20 m A/cm~2)。研究了HBF4体系全铅液流电池性能,采用亚氧化钛、Ta C等改进了正极,循环稳定性得到提高。申请了10项专利,发表了6篇文章。该研究基本完成了预期计划内容,获得了重要的阶段性结果,为后续的研究推进和成果产出打下了较好基础。     

水系锌离子电池：金属锌负极研究进展

水系锌离子电池具有能量密度高、成本低、安全环保等优点,是一种很有前景的电化学储能系统.然而,水系锌离子电池在反应过程中,锌负极会形成锌枝晶易于刺穿隔膜,导致电池短路;同时,也会钝化生成不可逆产物,导致了电池差的循环稳定性和低的库仑效率.针对以上问题,本文详细地总结和讨论了当前锌负极的优化策略,主要包括电解液添加剂、基底效应、引入保护层以及锌负极的结构设计等,并对未来高性能锌离子电池的发展前景进行了展望.     

锌镍电池、羟基氧化镍及电极添加剂

简要介绍了锌镍电池的构造和工作原理．以及羟基氧化镍正极材料的制备方法；讨论了锌镍电池正极添加剂、负极添加剂的种类、怍用机制及其对电池性能的影响；扼要阐述了锌镍电池存在的主要问题及研究发展方向。     

锌-镍蓄电池电解液组成对锌电极性能影响

研究适合于锌 -镍蓄电池使用的电解液组成及添加剂 ;并采用了循环伏安实验技术研究了电解液性质对锌电极电化学性能的影响 ,通过模拟电池恒流充放电实验对优选出的电解液组成进行了评价     

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.     

PAA碱性聚合物电解质电化学稳定性及其在镍氢电池中的应用

采用溶剂法制备了聚丙烯酸(PAA)-KOH碱性聚合物电解质薄膜.循环伏安(CV)和激光拉曼光谱(Raman)结果表明,该电解质膜具有较好的电化学稳定性.交流阻抗(EIS)结果表明,随着KOH含量的增加,该薄膜的离子电导率先增大后减小.当PAA:KOH的质量比为10:21时,薄膜电导率最大,为2.7×10-2S/cm.将该薄膜应用于以AB3金为负极活性物质的镍氢二次电池中.结果表明,与以KOH水溶液为电解质的电池相比,聚合物电池具有更优的循环寿命,但倍率性能仍需改善.     

细菌纤维素凝胶聚合物电解质的制备与性能

利用溶剂转换法制备新型锂离子电池凝胶聚合物电解质(GPE).通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热重(TG)分析、广角X射线衍射(WXRD)、力学拉伸及交流阻抗等测试,分析了细菌纤维素凝胶聚合物电解质的微观形态、结构以及电化学性能.研究结果表明:室温下细菌纤维素凝胶聚合物电解质的离子电导率高达1.6×10-2S/cm,拉伸强度达到39.8MPa,其在锂离子电池开发中具有良好的应用前景.     

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.     

基于尼龙6和聚偏氟乙烯复合隔膜的凝胶聚合物电解质

通过连续静电纺丝法制备了具有三明治结构的尼龙6(PA6)/聚偏氟乙烯(PVDF)/尼龙6三层复合膜,并将其用作锂离子电池凝胶聚合物隔膜.通过扫描电子显微镜(SEM)观察到该隔膜由无序的纳米纤维交织而成,具有大量的相互贯通的3D孔道.用差示扫描量热法(DSC)分析了隔膜的热稳定性,其特殊的多孔三明治结构及2种材料的搭配可...     

Composite polymer electrolyte membranes supported by non-woven fabrics for lithium-ion polymer batteries

Since marketing in 1999, lithium-ion polymer batteryhas attracted great attention with its various merits such aslight weight, high energy density and good safety. Poly-mer electrolyte membrane, the key material for lith-ium-ion polymer battery, greatly influences the electro-chemical performances, and it is always among the fo-cuses of the lithium-ion polymer battery research field toprepare polymer gel electrolyte membranes of high ionicconductivity and good electrochemical stability[1]. …     

聚合物锂离子电池凝胶电解质的研究进展

凝胶聚合物电解质(GPE)因具有良好的力学加工性能、安全性能和较高的室温离子电导率而受到广泛关注。针对国内外通过修饰聚合物基体、优化有机增塑剂、改善锂盐、改善复合离子液体、加入无机粒子的方式对GPE的改性研究进行了相关总结与分析。     

超支化聚三唑固态聚电解质及其锂离子和锌离子导电性

带刚性结构的超支化聚合物具有优良的溶解性，度低黏与力学性能优异，可用于制备固态电解质.含叠氮基的单体M1和含炔基的单体M2在亚铜离子Cu⁺的催化下发生叠氮-炔点击化学反应，得到超支化聚三唑hb-GPTA.该聚合物具有良好的溶解性、成膜性和热稳定性（热分解温度为350 ℃）.将该聚合物分别与三氟甲基磺酰亚胺锂 (LiTFSI)及三氟甲基磺酸锌 (Zn(OTf)₂)进行掺杂，制备固态电解质，对其电化学性能进行表征.结果表明，hb-GPTA/LiTFSI体系具有更高的电导率（32.7 μ S·cm^-1），电化学窗口为5.2 V；相比之下，hb-GPTA/Zn（OTf）₂体系电导率较低（0.42 μS·cm^-1），但其在-1~6 V电压范围内一直保持稳定.结合电化学稳定性分析结果，可以推断含三氮唑的聚合物在制作锌离子电池方面具有潜在的应用价值.     

超支化聚三唑固态聚电解质及其锂离子和锌离子导电性

带刚性结构的超支化聚合物具有优良的溶解性，度低黏与力学性能优异，可用于制备固态电解质.含叠氮基的单体M1和含炔基的单体M2在亚铜离子Cu⁺的催化下发生叠氮-炔点击化学反应，得到超支化聚三唑hb-GPTA.该聚合物具有良好的溶解性、成膜性和热稳定性（热分解温度为350 ℃）.将该聚合物分别与三氟甲基磺酰亚胺锂 (LiTFSI)及三氟甲基磺酸锌 (Zn(OTf)₂)进行掺杂，制备固态电解质，对其电化学性能进行表征.结果表明，hb-GPTA/LiTFSI体系具有更高的电导率（32.7 μ S·cm^-1），电化学窗口为5.2 V；相比之下，hb-GPTA/Zn（OTf）₂体系电导率较低（0.42 μS·cm^-1），但其在-1~6 V电压范围内一直保持稳定.结合电化学稳定性分析结果，可以推断含三氮唑的聚合物在制作锌离子电池方面具有潜在的应用价值.     

水杨醛缩甘氨酸Schiff碱,2-氨基吡啶或甲醇混配Cu(Ⅱ),Zn(Ⅱ),Ni(Ⅱ)金属配合物的电化学合成及表征

采用金属Cu,Zn,Ni为"牺牲"阳极,在无隔膜电解槽和含配体水杨醛缩甘氨酸Schiff碱、2-氨基吡啶的甲醇溶液中首次电解合成了Cu(Ⅱ),Zn(Ⅱ),Ni(Ⅱ)配合物.利用元素分析、质谱、核磁、红外光谱、紫外光谱、热分析对配体和配合物进行了表征,确定了配合物的化学组成为ML.L.′nH2O[L=C9H7NO3,(M=Cu(Ⅱ),L′=CH3OH,n=0;M=Zn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ),L′=2-氨基吡啶n=1)].电合成Zn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)配合物的电化学效率Ef接近0.5 mol.F-1,电极反应为2电子反应,电合成Cu(Ⅱ)配合物的电化学效率Ef接近1.0 mol.F-1,电极反应为1电子反应,Schiff碱配体均以三齿进行配位.Cu(Ⅱ)配合物中Cu(Ⅱ)(L)L′/Cu(I)(L)L′电对的可逆半波电位Er1/2为-1.225 V(vs SCE).     

Electrolyte membranes for intermediate temperature proton exchange membrane fuel cell

An overview of intermediate temperature (100–300 °C) proton conducting membrane electrolyte materials for fuel cells is presented in this review. The fuel cells operated in intermediate temperature range could enhance the electrochemical kinetics, simplify water management, and improve impurities resistance. Polyfluorosulfonic acid polymer membrane represented by Nafion, and non-fluorinated arylene polymer membranes represented by polybenzimidazole are the two most widely polymer electrolyte membranes for intermediate temperature membrane. The structure regulation and fillers addition are two effective ways to maintain the conductivity and mechanical properties of membranes at intermediate temperature. Moreover, heteropolyacids, metal pyrophosphates and inorganic membranes also have attracted widespread attention when they operate at intermediate temperature.     

PVA/TiO2杂化膜制备及其固定化酶稳定性的研究

以钛酸正丁酯（TBT）为无机前驱体,采用溶胶凝胶法制备PVA/TiO2杂化膜,并将其作为载体固定化过氧化物酶,探讨了PVA质量分数、pH值,以及VTBT∶V正丁醇对反应体系稳定性的影响.红外光谱检测分析表明杂化膜材料有新键形成,当掺杂TiO2的比为1%时,杂化膜的抗张强度有所提高;固定的过氧化物酶贮存和温度稳定性有所改善,且具有良好的操作稳定性.