快速测定钒电池电解液中总酸浓度

钒电池电解液是钒电池能量储存与转换的核心,电解液活性物质是溶解在强酸溶液中的钒的氧化物或化合物,电解液中钒离子的浓度大小和电解液的体积决定了电池的容量。钒电池中一般采用硫酸作为支持电解液,电解液性能与支持电解液硫酸的浓度有直接关系。酸度过高,V（Ⅳ）和V（Ⅴ）容易形成VO³⁺、V₂O₃³⁺等物质,这些物质空间位阻大,易造成钒电池电解液在电堆运行中有较大的电化学极化,影响电解液循环;酸度过低,溶液电导率降低,V（Ⅳ）与SO₄^2-、HSO₄^-易形成离子对,而V（Ⅴ）自发缔合,导致正极电解液析出沉淀。为使钒电池电解液控制在合适的总酸浓度,尤其是监     

V（Ⅲ）-V（Ⅳ）电解液的电解合成

以硫酸氧钒(VOSO4)为原料,电解合成了用于制备钒电池的混合价态钒离子[V(Ⅲ)-V(Ⅳ)]电解液.较适宜的电化学反应条件为:以Ir-Ta/Ti为阳极,导电石墨板为阴极;4 mol·L-1 H2SO4为阳极电解液,2 mol·L-1 VOSO4-2 mol·L-1H2SO4混合溶液为阴极电解液,于1A电解6 h.在此条件下进行电化学反应,电解液的电化学活性高,电导率稳定;电解过程实现了较高的电流效率(接近100%)和较低的电能损耗(345 Wh·kg-1).     

钒电解液的制备及其电化学和热力学分析

以冶金级V2O3和V2O5为原料,采用混合加热和自催化强化溶解相结合的方法制备钒电解液.通过热力学分析,从理论上计算并确定了V2O5和V2O3溶解过程中在硫酸溶液中的离子存在形式,从而计算了钒电解液VOSO4过程的吉布斯自由能变化？rGm,以及相应的反应生成焓？rHm.结果表明：反应为放热反应,且为自发过程（？rGm〈...     

全钒液流电池中四价钒单壳层水合离子[VO(H2O)5]2+ 形成过程的理论研究

使用密度泛函理论计算,结合表面定量分子静电势分析,对全钒液流电池电解液中四价钒离子的水合离子形成过程进行了研究。结果表明结合5个水分子后形成的[VO(H_2O)_5]~(2+)结构,表面静电势极大值点仅出现在水分子的H原子附近,说明[VO(H_2O)_5]~(2+)结构即为四价钒离子的水合离子单壳层结构,与实验结果很好的吻合。所采用的理论计算方法有望应用于全钒液流电池电解液中其他价态钒离子组分的研究。     

全钒氧化还原液流电池电解液

近年来,全钒氧化还原液流电池(VRFB)作为一种新型的储能电池备受关注。作为VRFB的核心材料,电解液的制备及优化一直都是研究的热点。高浓度和高稳定性电解液的制备是钒电池的关键技术之一。电解液性能的提高有助于加速VRFB的商业化进程。本文综述了VRFB电解液的研究进展,重点介绍了电解液的制备方法和影响电解液稳定性的因素,简述了电解液中钒离子浓度的分析方法和钒离子的存在形式,最后对电解液的进一步研究和应用前景进行了展望。     

HBF4溶液中全铅液流电池

报道了一种HBF₄水溶液中的全铅液流电池,正、负电极电解液均采用Pb（BF₄）₂的HBF₄水溶液.在酸性的四氟硼酸铅电解液中考察了石墨电极和玻碳电极作为工作电极的循环伏安性能,石墨电极较适于用作全铅液流电池的正、负电极.采用石墨电极作为电池的正、负电极并在四氟硼酸铅酸性电解液中进行充放电实验,其中Pb（BF₄）₂浓度分别为0.5、1.0和1.5 mol·L^-1,且保持游离的HBF₄浓度为1.0 mol·L^-1.该电池为单液流电池,不需要隔膜分隔正、负极的电解液,电流密度为10、20和40 mA.cm^-2,当限定充电容量为7.0 mAh.cm^-2,放电电压截止到1.0 V时,平均库仑效率大于87%,平均能量效率大于68%;当电解液采用1.0或1.5 mol·L^-1 Pb（BF₄）₂+1.0 mol·L^-1HBF₄水溶液时,在10及20 mA.cm^-2电流下的能量效率最高可超过74%.     

铜-铈氧化还原液流电池性能

设计了一种新型Ce-Cu氧化-还原液流电池,研究了Ce³⁺/Ce⁴⁺和Cu⁰/Cu²⁺氧化还原电对的循环伏安特性,优化了电解液及电极材料,进而组装出液流电池,测试了电池的充放电性能。 结果表明,在45 mA恒电流充/放电条件下,电池放电平台电压约为1.0 V,库伦效率约100%,能量效率为75%以上,电池可稳定循环100次。     

五价钒电解液稳定性研究

V 5的稳定性是指在溶液中不出现V2O5轻微沉淀的时间。钒电池是一种反复可充的高效储能新型无污染化学电池[1],与其它电池相比,钒电池具有不可替代的优势[2,3]。该电池活性物质是溶解在强酸溶液中的钒的氧化物或化合物。电解液中钒离子的浓度大小和电解液的多寡决定了电池的容量     

不同磺化度下的磺化聚醚醚酮对全钒储能液流电池性质影响的研究

本文报道了采用浓硫酸作为磺化剂,成功合成了不同磺化度下的聚醚醚酮(PEEK)膜,并深入研究了磺化条件包括磺化时间和磺化剂的用量对所获薄膜性能的影响,获得了在不同磺化度（DS）下SPPEK膜的离子交换容,含水率,机械性能,质子电导率等参数,特别测定了在全钒液流电池工作条件下钒离子(Ⅳ)渗透率,首次为该类液流储能电池使用价廉质优的质子交换膜提供了基础实验数据。室温条件下的实验结果如下：1）磺化12小时后,膜的磺化度46%,含水量为28%,钒离子(Ⅳ)选择性最佳（钒离子渗透率为1.2×10-7 cm2/min-1,是Nafion117 (2.9×10-6 cm2/min-1)的1/24）,其质子电导率只有0.02 S/cm;2）磺化96小时其磺化度达79%的膜,质子电导率达0.16 S/cm,是Nafion117 (0.10S/cm) 的1.6倍, 但其机械性能最差;3）与Nafion117膜相比,磺化在36到48小时的SPPEK膜其机械力学性能好,薄膜的钒离子渗透率、离子交换容IEC、质子导电率和含水率高,且对钒离子的选择性佳,尤其价格仅为Nafion膜的1/13,是理想的Nafion膜的代替物,可望直接应用于全钒氧化还原液流（VRB）电池中。本文还讨论了磺化时间和不同磺化剂量对膜的性质的影响。     

库仑滴定法测定钒电池电解液中钒(Ⅲ)与钒(Ⅳ)的含量

钒电池是利用不同价态的钒离子在硫酸电解质溶液中发生氧化还原反应,实现化学能与电能之间的相互转换,从而具有大容量的快速充放电且功率和容量可调节等优点,被相关行业认为是最佳新能源储存介质[1-2]。该电池的容量和充放电效率,与电解液中不同价态的钒离子浓度有关,而该电解液中的钒离子的起始状态通常为钒(Ⅲ,V3+)和钒(Ⅵ,VO2+)混合态,当两种离子浓度的比值为1时,电池比容量达到最大[3-4],因此如何简便、快速且高效的测定V3+和VO2+的含量,对产品的质量控制意义重大。     

全钒氧化还原液流电池用Nafion/有机硅复合膜

采用原位化学反应的方法制备了Nafion/有机硅复合膜, 并对所制备复合膜的离子交换容量(IEC)、电导率和水渗透率等进行了测试. 结果表明, 所制备复合膜具有优异的阻水性能. 以Nafion/有机硅复合膜作为离子交换膜的钒电池的库仑效率(CE)和能量效率(EE)都得到了大幅度提高. 此外, 以所制备复合膜为离子交换膜的VRB单电池充放电80次后性能几乎无衰减, 说明所制备Nafion/有机硅复合膜即使在强酸和强氧化性的钒电池体系中也可以稳定使用, 表明Nafion/有机硅复合膜是一种性能优异的适用于全钒氧化还原液流电池的新型质子交换膜.     

Mn2+浓度对钒液流电池正极液的电化学性能影响

电解液中金属离子会影响钒液流电池的电化学性能。本文采用循环伏安法和电化学阻抗谱研究了正极液中Mn2+浓度对V髨/V(Ⅳ)电对的氧化还原过程影响规律,发现Mn2+在正极液中没有发生副反应,但严重影响V髨/V(Ⅳ)的反应活性、电极反应可逆性、离子扩散与电荷转移反应等电化学性能。循环伏安测试结果表明Mn2+浓度为0.04-0.13 g.L-1时,V髨/V(Ⅳ)电对电极反应可逆性和反应活性较高,钒离子扩散系数由参照溶液中的8.89×10-7-1.098×10-6增大至1.302×10-6-1.800×10-6 cm2.s-1,提高了-60%;电化学阻抗测试结果表明Mn2+浓度为0-0.04 g.L-1时,V髨/V(Ⅳ)电对电极反应阻抗和界面阻抗均较参照溶液中的增加不明显,但当Mn2+浓度增至0.07 g.L-1时,上述阻抗值较参照溶液增大了25%-28%。基于二者结果,Mn2+对电极反应有不同程度的负面影响,但是适当的Mn2+浓度有利于钒离子的扩散。     

氮化钛纳米管作为钒电池负极对V(Ⅱ)/V(Ⅲ)的电化学性能

采用阳极氧化法在钛箔表面原位生长二氧化钛纳米管,随后在氨气氛围中氮化还原制备氮化钛纳米管,并将此电极直接作为钒电池的负极,研究其对V（Ⅱ）/V（Ⅲ）的电化学性能。通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）以及X射线光电子能谱（XPS）等材料测试手段对氮化钛纳米管的形貌、组成和结构进行表征。分析结果表明,氨气高温氮化后,前驱体TiO₂相转变为TiN和Ti₂N相,表面元素组成为Ti-N-O,Ti-N和Ti-O,且其形貌仍保持纳米管的微观结构。采用循环伏安,电化学阻抗和充放电测试表明,氮化钛纳米管对负极电解液中的V（Ⅱ）/V（Ⅲ）展现了优异的电催化活性和可逆性,这主要归因于氮化钛纳米管大的电化学真实表面积和快速的电子转移通道。     

氮化钛纳米管作为钒电池负极对V(Ⅱ)/V(Ⅲ)的电化学性能

采用阳极氧化法在钛箔表面原位生长二氧化钛纳米管,随后在氨气氛围中氮化还原制备氮化钛纳米管,并将此电极直接作为钒电池的负极,研究其对VⅡ/VⅢ的电化学性能。通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）以及X射线光电子能谱（XPS）等材料测试手段对氮化钛纳米管的形貌、组成和结构进行表征。分析结果表明,氨气高温氮化后,前驱体TiO₂相转变为TiN和Ti₂N相,表面元素组成为Ti-N-O,Ti-N和Ti-O,且其形貌仍保持纳米管的微观结构。采用循环伏安,电化学阻抗和充放电测试表明,氮化钛纳米管对负极电解液中的V（Ⅱ）/V（Ⅲ）展现了优异的电催化活性和可逆性,这主要归因于氮化钛纳米管大的电化学真实表面积和快速的电子转移通道。     

纳米氧化钨涂覆玻碳电极上的V(Ⅱ)/V(Ⅲ)氧化还原反应研究

用沉淀法制备出作为全钒液流电池负极电催化材料的具有单斜结构的纳米氧化钨粉体材料,并用透射电镜(TEM)和X-射线衍射(XRD)进行了表征.将此纳米氧化钨粉体用Nafion溶液涂覆于玻碳电极上,在1.5mol/L V(Ⅲ)+/1.5mol/L V(Ⅳ)+6mol/L H2SO4的电解液中通过循环伏安法测试了V(Ⅱ)/V(Ⅲ)氧化还原反应的反应活性和可逆性.循环伏安数据显示了V(Ⅱ)/V(Ⅲ)氧化还原反应在涂覆有氧化钨粉体的玻碳电极表面的反应为扩散控制的准可逆过程,室温下该反应的标准速率常数为4.22×10-6 m/s.     

钒替代对碳包覆硅酸铁锂复合材料结构的影响(英文)

以廉价的硝酸铁为铁原料,通过溶胶-凝胶和固相反应法制得碳包覆硅酸铁锂(Li2FeSiO4/C)正极材料.以偏钒酸铵(NH4VO3为)钒原料,按理论计算量5%、10%、15%、20%、25%、30%和50%制得钒替代Li2FeSiO4/C复合材料(Li2Fe1-x Vx SiO4/C).结果表明,Li2FeSiO4/C(主相P21/n)结晶良好,基本无杂相,而Li2Fe1-x Vx SiO4/C(主相P21/n)存在主要杂质偏硅酸锂和钒/铁氧化物.Li2FeSiO4/C和Li2Fe0.95V0.5SiO4/C电极C/16(室温)的首次放电比容量分别达160.9 mAh·g-1和130.8 mAh·g-1.钒替代量增加,无定形碳的石墨化程度增强,碳包覆量却减少.钒替代量直接影响钒/铁氧化物的形成量,导致Li2Fe0.95V0.5SiO4/C电极电化学性能较差.     

钒电池充电过程中钒价态及其变化的现场分析

钒电池是一种具有能充电放电性能的新型二次电池。该电池以硫酸氧钒(VOS0_4)作为电解质,在充电过程阳极半电池中V(Ⅳ)被氧化为V(Ⅴ),阴极半电池中V(Ⅳ)先被还原为V(Ⅲ),然后V(Ⅲ)进一步被还原为V(Ⅱ)。文中研究了用电位滴定对两个半电池中充电时钒价态变化进行测定的方法,并设计了分析装置,实现了分析V(Ⅱ)时的防氧化保护。试验表明,该分析法设备简单、操作简便,易于实现现场快速分析。通过测定,能及时了解电池充电过程中钒不同价态的定量转变情况及其与开路电压的关系,可有效地监测电池的充电效率。     

氨法选择性还原氮氧化物 V2O5/TiO2-PILC催化剂的抗硫性能

选择性催化还原(SCR)是目前去除氮氧化物最有效的方法之一. V2O5/TiO2催化剂被广泛应用于氨法选择性还原氮氧化物(NH3-SCR)反应,但该催化剂存在工作温度高(300–400oC)及 SO2氧化率高引起设备腐蚀和管路堵塞等问题,开发低温 SCR催化剂具有重要意义.过渡金属氧化物(如 Fe2O3, MnOx和 CuO等)催化剂用于低温SCR先后见诸文献报道,但这些催化剂在 SO2和 H2O存在下易失活.近年来柱撑黏土(PILC)引起科学家广泛关注, Yang等首次将 V2O5/TiO2-PILC催化剂应用于 NH3-SCR反应,发现其催化活性高于传统 V2O5/TiO2催化剂.柱撑黏土基催化剂在 NH3-SCR反应中也显示出良好抗硫性能,但 V2O5/TiO2-PILC催化剂的抗硫机理至今尚未见深入研究.因此我们制备了一系列 V2O5/TiO2-PILC催化剂,采用原位漫反射红外等方法详细研究了其抗硫性能较好的原因.
　　首先采用离子交换法制备出 TiO2-PILC载体,之后采用浸渍法制备了不同钒含量(质量分数x/%=0,3,4,5)的xV2O5/TiO2-PILC催化剂.同时,制备了传统 V2O5/TiO2和 V2O5-MoO3/TiO2催化剂作为对比.活性评价结果显示,4V/TiO2-PILC催化剂具有最高的催化活性,其催化性能与传统钒钛催化剂相当.在160oC时, NO转化率可达80%以上.同时,4V/TiO2-PILC催化剂还具有较宽的反应温度窗口,在260–500oC范围内, NO转化率保持在90%以上.向反应体系中加入0.05% SO2和10% H2O后,在低温(160oC以下)时所有催化剂的反应活性都有一定提高,可能是由于 SO2的加入提高了催化剂的表面酸性.继续升高温度,4V/TiO2和4V6Mo/TiO2催化剂活性均明显下降,而4V/TiO2-PILC催化剂的活性则未出现明显下降.原位漫反射红外光谱结果显示, SO2在三种催化剂表面的吸附以表面硫酸盐或亚硫酸盐物种以及离子态 SO42–物种形式存在,而在4V/TiO2-PILC催化剂表面离子态 SO42–物种的量最少. X射线光电子能谱及 O2程序升温脱附结果显示,在4V/TiO2-PILC催化剂上,表面吸附氧(Oads)的量最少.综合上述分析可以得出,在 SO2气氛下,离子态 SO42–物种在 SCR催化剂表面的累积可能是导致其失活的主要原因,而离子态 SO42–物种的形成可能与催化剂表面吸附氧的量有关.     

铜钱状二硫化钒的制备及储钠性能研究

钠离子电池因地壳中丰富的钠资源以及金属钠与金属锂之间具有相似的物化性质等特点,成为后锂时代电池的候选者之一,然而较大的钠离子半径影响了其体系的动力学性能及离子迁移速率,因此寻找合适的电极材料成为其发展的关键.二硫化钒作为过渡金属硫属化合物,具有类石墨烯的层状结构,为钠离子的储存提供了足够的空间,同时其出色的导电性能也为其作为高性能钠离子电池的电极材料提供了保证.利用水热法与超声剥离法,可控制备出三种堆叠密度不同的铜钱状二硫化钒（VS₂-Long、VS₂-Middle、VS₂-Short）,并将其用于储钠性能研究.结果表明,堆叠程度最低的VS₂-Short因其形貌结构特点而拥有较多的活性位点及较高结构稳定性,在100 mA·g^－1的电流密度下,循环300圈后容量高达410 mAh·g^－1;电流密度为2000 mA·g^－1,可逆容量仍高达333 mAh·g^－1.此外,还研究了二硫化钒作为钠离子电池电极材料的储能机制,通过非原位X射线粉末衍射（XRD）及透射电子显微镜（TEM）观测发现：放电过程中,电压在2.5～1.0 V发生嵌钠反应生成Na_xVS₂,之后逐渐开始转化反应生成Na₂S和V;充电时Na₂S和V转化生成Na_xVS₂,并最终脱钠生成VS₂,即在0.2～2.5 V间VS₂表现为嵌入转化的储钠机制.     

单液流锌镍电池锌负极性能及电池性能初步研究

对单液流锌镍电池锌电极在电解液流动状态下,电沉积锌形貌随电流密度的变化进行表征,结果表明,随充电电流密度的增大电沉积锌层逐渐致密化,没有枝晶生成.组装了容量为2Ah的电池,并进行长时间充放电性能研究.测试结果该电池的平均充电电压为1.84 V,平均放电电压1.65 V,平均库仑效率达到96%,能量效率达到了86%.