电解液流速对锌镍单液流电池性能的影响简

通过电化学测试、扫描电子显微镜观察和X射线衍射分析研究了电解液流速、电流密度和锌沉积面容量三者关系及对锌镍单液流电池充放电性能和负极锌沉积形貌的影响. 结果表明,锌沉积面容量是影响锌镍单液流电池充放电效率和负极锌沉积形貌的最主要因素,电解液流速不宜过高或过低. 随着锌沉积面容量的增大,电池的充放电效率和循环稳定性对电流密度的变化更为敏感,适宜的电解液流速范围变窄. 锌沉积面容量在25 mA·h/cm2以上,锌沉积皆呈海绵状. 在较低锌沉积面容量下,电解液流速也较低时,海绵锌沉积较为均匀致密. 而在高的锌沉积面容量下,海绵状锌沉积的团簇和颗粒变大,不均匀性加重,仅在适中的电解液流速(7.1 L/min)下,锌沉积部分致密规整,电池具有较好的充放电性能.     

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%.     

纳米铜修饰三维锌网电极的制备及锌离子电池负极的电化学性能

设计构建了纳米铜修饰的三维锌网电极(Nano Cu@3D Zn Mesh, 简称3D Cu-Zn电极), 并将其作为锌沉积的宿主材料用作锌离子电池的负极, 获得了稳定的、 具有长循环寿命的锌负极材料. 3D Cu-Zn电极的三维(3D)锌网骨架和表面均匀分布的3D树枝状纳米铜可以降低局部电流密度, 并为锌的沉积提供结构支撑和容纳空间. 锌网表面具有的较强锌结合能力的铜和后续原位形成的铜锌合金, 可以有效降低锌形核的过电势, 并作为均匀分布的形核位点引导锌的均匀成核和沉积. 这种3D Cu-Zn电极宿主材料表现出较低的形核过电势和界面阻抗, 并在对称电池中表现出优异的循环稳定性, 在0.5 mA/cm²的电流密度下可以稳定循环超过1100 h. 3D Cu-Zn电极与MnO₂组装的全电池表现出更小的极化、 良好的倍率性能和循环性能.     

镧掺杂碱性锌合金电极的制备及其电化学性能研究

运用脉冲电沉积技术,将Zn2+,Pb2+,Bi3+,La3+共沉积制备多元合金,以此来改善锌电极的电化学性能。利用XRD,SEM和EDS对多元合金进行了结构表征,结果显示共沉积Pb,Bi,La元素进入了锌中形成置换型固溶体。通过极化曲线、塔菲尔曲线、循环伏安曲线、交流阻抗谱和充放电循环实验,研究了共沉积元素对锌电极在6 mol.L-1KOH溶液中电化学性能的影响,结果表明Zn-Pb-La-Bi四元合金电极的腐蚀电流为107.68 mA,致钝电流为68.85 mA,与锌电极相比,腐蚀程度降低了66.834%,阴阳极峰电流的衰减最慢,电化学阻抗也较大。以Zn-Pb-La-Bi四元合金粉为负极或锌粉为负极,组装二次碱性锌镍电池,充放电循环实验表明,最高容量分别为130.8,121.8 mAh.g-1,循环20次,电池衰减百分数分别为2.68%,6.65%。结果表明本文制备的8种合金电极的综合性能顺序为Zn-Pb-La-Bi>Zn-Bi-La>Zn-Pb-Bi>Zn-Pb-La>Zn-Bi>Zn-La>Zn>Zn-Pb,综合性能最佳的Zn-Pb-La-Bi合金有望代替汞齐化锌用作二次碱性锌镍电池负极。     

三维多孔铜和锌镀层协同构筑无枝晶锂金属电极

金属锂具有高理论比容量和低氧化还原电位, 被认为是高能量密度二次电池最理想的负极材料之一, 但其在循环过程中的枝晶生长和体积变化易造成电池失效和安全隐患. 以孔径为5 μm左右的自制三维多孔铜为基底, 在其表面电沉积锌层(3D Cu@Zn), 作为金属锂沉积的集流体, 构筑无枝晶锂金属电极. 三维多孔铜的孔结构稳定, 孔径大小适宜, 可有效降低局部电流密度和缓解体积变化. 锌镀层可降低锂金属的形核过电位, 诱导锂的均匀沉积, 有效抑制锂枝晶生长. 以3D Cu@Zn为集流体, 锂沉积面积容量为4 mAh•cm^–2, 电极表面仍无枝晶出现, 经过锂剥离后表面仍然光滑; 而铜箔上沉积的锂显示明显的枝晶和不均匀性, 3D Cu上沉积的锂显示局部不均匀性和一定量枝晶. 在电流密度为0.5和 1 mA•cm^–2, 面积容量为1 mAh•cm^–2条件下, Li||3D Cu@Zn半电池获得了稳定的库伦效率; 在2 mA•cm^–2的高电流密度和1 mAh•cm^–2的面积容量条件下, Li||3D Cu@Zn@Li对称电池可稳定循环700 h以上; 以3D Cu@Zn@Li为负极, LiFePO₄为正极的全电池, 在1 C倍率下, 经过150次循环后仍保持88 mAh•g^–1的容量, 均明显优于Cu片和3D Cu作为集流体的锂金属电极.     

全钒液流单电池充放电行为及特性研究

建立具有外置双饱和甘汞参比电极及双液流电池的实验装置系统.使用该装置可在同一时刻同时测定小型液流单电池充放电时的电池电压、电池正负极电位及正负极开路电位,进而计算充放电过程电池的欧姆内阻降(iR)及其正负极过电位.以石墨毡为电极、Nafion 117作隔膜的全钒液流单电池,在60 mA.cm-2电流密度下,每一充放电循环的平均iR降约占总电压损耗的74%,表明该电池的电压效率受制于电池的欧姆内阻.充放电曲线显示,电池放电终点之所以出现主要是由于电池负极电位在放电末期的快速上升而引起的.本文设计的全钒单电池于60 mA.cm-2下工作时,其电压及能量效率分别达89%和85%,表明该电池结构合理,且石墨毡是钒电池合适的电极材料.     

锌酸钙负极材料的水热法制备及其性能研究

采用水热法,合成了锌酸钙电极材料,制备成电极并组装成模拟锌镍电池．采用X射线衍射、扫描电子显微镜、热重分析、粒度分析、红外光谱以及模拟电池的充放电等方法,对制备出的样品进行了表征．结果表明该方法制备的锌酸钙具有不规则的晶形、较小的粒径和较少的结晶水．模拟锌镍电池的充放电实验表明该样品材料具有良好的电极材料性能：以该锌酸钙为负极活性物质的模拟锌镍电池具有较低的充电电压、较高的放电平台和优良的循环性能．     

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%.     

基体对流动锌酸钾碱液中锌电沉积的影响

在流动的高浓度锌酸钾碱液中研究了镍箔和镀镍冲孔钢带基体电极对锌沉积/溶解电化学行为的影响. 结果表明, 在流动电解液中电极表面浓度梯度变化不大, 不同基体上均未出现锌沉积的阴极峰; 扫描速度超过10 mV/s, 循环伏安曲线基本不随扫速变化, 说明锌的沉积/溶解峰电流不仅与扫描速度有关, 还取决于锌沉积的时间. 采用镀镍冲孔钢带基体兼有析氢过电位大和稳定性好的特点, 又由于其特殊的冲孔结构, 改变了传质方式, 锌沉积的极化降低, 孔的周围形成紧密堆积的沉积锌, 锌沉积的电流和电量大, 沉积效率高, 经 4次充放电循环后, 库仑效率即达95％以上, 是性能较佳的基体电极.     

锂金属负极的可逆性与沉积形貌的关联

高能量密度二次电池的商业化将会推动便携式电子设备和电动车的飞速发展。锂金属电池因具有较高的理论能量密度而受到研究者的广泛关注。然而,锂金属负极较低的库仑效率(CE)和枝晶生长等问题,严重制约了锂金属电池的发展。库仑效率是衡量电池体系可逆性的关键参数之一,锂金属负极的库仑效率在不同电解液中存在较大的差异,本文以四种常见的电解液为例,包括1 mol·L^-1六氟磷酸锂-碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯电解液,1 mol·L^-1六氟磷酸锂-碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯+5%(w)氟代碳酸乙烯酯电解液,1 mol·L^-1双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂-乙二醇二甲醚/1,3二氧戊环+2%(w)硝酸锂电解液,以及4 mol·L^-1双氟磺酰亚胺锂-乙二醇二甲醚电解液,利用原子力显微镜研究了不同电解液体系中锂金属的生长行为,探讨了锂金属沉积形貌与其库仑效率之间的联系,为发展高效的锂金属负极提供了参考依据。     

电解液组分对锌镍电池负极自放电的影响

随着石油资源的日益紧张及燃油汽车对环境污染的日趋严重，用电池作动力的电动汽车受到各国政府的高度重视。锌镍电池以其优异^11的电气性能、原材料丰富、成本低等特点，是未来电动车车辆主要的候选电池。但锌负极充放电循环过程中存在枝晶、形变、钝化、自放电（腐蚀析氢）等问题，解决前两者的关键是抑制放电产物锌酸盐在电解液中的溶解。为此，人们提出了两种有效的电解液体系。     

三维多孔Sn-Zn合金电极助力Zn的均匀沉积/剥离

通过在化学镀构建的三维多孔铜上电沉积锡-锌(Sn-Zn)合金, 构筑了孔径为5 μm左右的三维多孔 Sn-Zn合金电极(3D Sn-Zn), 对其形貌、 结构和性能进行了表征和测定. 结果表明, 该电极拥有高稳定性和适宜孔径的三维多孔结构, 可降低局部电流密度, 提供均匀的电场分布, 缓解了由于锌的不均匀生长而造成的粗大枝晶; 合金镀层中的Sn元素不仅可以增大析氢过电位, 增强电极的防腐蚀性能, 还可降低锌的形核势垒, 为锌的沉积提供丰富的形核位点, 促进锌在电极表面的均匀沉积, 减少枝晶的形成. 采用3D Sn-Zn电极组装的对称电池, 在0.5 mA/cm² 下可稳定循环超过1200 h, 电压滞后仅为21.3 mV; 而采用锌片(2D Zn)组装的对称电池电压滞后达到了99.2 mV, 且在循环300 h后开始出现剧烈的电压波动. 使用3D Sn-Zn电极组装的全电池在 1.8 A/g电流密度下可稳定循环2000次.     

氢溴储能电池结构的优化和运行条件对电池性能的影响

研究了氢溴电池的电池结构、正极氢溴酸和溴电解质浓度、负极的氢气压力、质子交换膜厚度对氢溴电池的性能和电池效率的影响。对氢溴电池结构进行改进,单电池实现了200 mA·cm^-2电流密度恒流充放电,电池库伦效率100%。溴电极电化学反应受浓差极化控制,提高氢溴酸浓度,电池充电性能提高,同时,溴在氢溴酸的溶解度增大,电池放电性能也提高,氢溴酸浓度由0.5 mol·L^-1提高至1 mol·L^-1,电流密度200 mA·cm^-2,电池的能量效率和电压效率提高27.9%。氢溴电池充电过程,降低电池负极氢出压力,有利于提高充电性能,但膜透酸严重,放电过程中最佳的氢出压力是维持氢在碳纸憎水催化层的单层吸附,充放电过程氢出压力均为40.0 kPa,电池的能量效率80.2%。膜厚度与膜电阻极化和膜透酸密切相关,充电过程,膜由50.0 μm降至15.0 μm,膜透酸严重,负极电化学活性比表面积下降,电池充电性能降低。膜厚度对放电性能的影响还与电流密度有关,电流密度较低时,膜透酸造成负极电化学比表面积下降居主导地位,50.0 μm Nafion膜放电性能更高;电流密度超过200 mA·cm^-2时,膜电阻极化居主导电位,15.0 μm Nafion膜性能更高。采用20.0 μm质子交换膜,在200 mA·cm^-2电流密度循环充放电五次,电池的能量效率和电压效率达到85.3%,库伦效率100%。     

电解液对全铅单液流电池电极性能的影响

研究Pb(II)和H+离子浓度对全铅单液流电池正、负电极在复合石墨基体上电化学行为的影响.结果表明,PbO2正极和Pb负极的电极过程受电化学和扩散混合控制.Pb(II)氧化沉积成PbO2时出现成核环,铅负极成核过电位小,充放电电压差远小于PbO2正极,电池极化主要来自PbO2正极.增加H+浓度有利于降低PbO2正极和Pb负极的极化,但析氧、析氢副反应和腐蚀加重.增大Pb(II)浓度有利于抑制析氧,但PbO2正极充电电压升高,充放电电压差增大.Pb(II)浓度较低时,充放电过程中PbO2沉积层少许脱落,充电电压进一步降低且更趋平稳.为此,电解液中HBF4浓度以2 mol L-1为宜,Pb(II)浓度应在0.9 mol L-1以上.     

锡酸钾对流动锌酸钾碱液中锌沉积/溶解的影响

研究了在流动的高浓度锌酸钾溶液中锡酸钾添加剂对锌负极沉积/溶解行为的影响. 循环伏安测试结果表明, 扫描速度为1 mV/s时, 随着添加锡酸钾浓度的增加, 阴极分支更早出现沉积, 溶解峰的峰值逐渐减小; 随着扫描速度的增加, 这种规律变得不明显. 利用SEM观测电沉积500 s的沉积物形貌发现, 向基础溶液中添加锡酸钾有利于晶种的产生和晶粒的生长. EDS测试结果表明含锡酸钾的锌酸钾溶液中沉积层含有锌和锡. 自放电测试结果表明, 基础电解液加入锡酸钾后自放电现象得到了明显的改善, 充满电静置12 h后加入0.1 mol/L锡酸钾的电池放电库仑效率从基础溶液的60.0%提高到81.1%.     

多硫化钠/溴液流储能电池负极材料的研究

在常规玻璃三电极池中用稳态极化法研究了铁、钴、镍、铅及石墨在 1. 3mol·L-1Na2S4水溶液中的极化行为, 测定了不同材料的交换电流密度.以泡沫镍、镀镍或镀钴碳毡为负极,聚丙腈碳毡为正极组成电池测试了常温下电池的能量效率及循环性能.结果表明:泡沫镍及镀镍或钴的碳毡可做电池负极材料;充放电电流密度为30mA/cm2时,电池的能量效率约 80 %;电池循环性能较好.     

用于镁硫电池的原位生长NiS的泡沫镍正极集流体

采用原位生长NiS的泡沫镍NiS@Ni(NNF)和铜箔分别作为硫@微孔碳(S@MC)正极材料的集流体, 0.4 mol/L(PhMgCl)₂-AlCl₃+1.0 mol/L LiCl “二代镁锂混合”作为电解液, 测试了镁硫电池恒电流和不同倍率下的充放电性能, 分析了2种不同的集流体在涂覆相同正极材料下对镁硫电池性能影响的原因. 研究发现, 采用铜箔集流体的镁硫电池循环后正极极片上观察到明显的裂缝, 镁负极表面有分布不均匀的附着物, 硫含量略高. 采用NNF为集流体时, 由于泡沫镍具有缓冲硫正极体积变化的孔道结构, 正极极片能基本保持原本的形貌; 特别是在NNF上原位生长的NiS可电催化加速多硫化物中间体的转化, 减少多硫化物的生成并减缓其穿梭, 不干扰镁负极上发生的电化学反应, 使镁负极极片表面更为均匀, 明显改善了镁硫电池的循环稳定性和倍率性能.     

水系锌离子二次电池锌负极的研究进展

锌离子二次电池具有优异的充放电性能、高功率密度和能量密度、低成本、高安全性和环境友好的特点,极具发展前景。金属锌,因优异的导电性、低的平衡电势、高的理论比容量和低成本等因素,是水系二次电池中理想的负极材料,然而也存在着枝晶生长、腐蚀和钝化等问题,限制了锌离子二次电池的可逆容量和循环寿命,通过优化调节锌负极的形貌与表面修饰等方法可以提高电池性能。本文综述了水系锌离子二次电池负极材料的研究进展,涵盖了金属锌负极、复合锌负极和锌合金,且展望了锌负极的发展前景。     

N-甲基-N-丁基吡咯烷溴化物和N-甲基-N-乙基吡咯烷溴化物在锌溴液流电池中应用

在锌溴液流电池中,作为溴络合剂在电解液中使用的季铵盐对电池性能及安全性具有重要作用.本文利用循环伏安法及线性扫描伏安法研究了N-甲基-N-丁基吡咯烷溴化物（N-methyl-N-butyl-pyrrolidinium bromide,MBP）和N-甲基-N-乙基吡咯烷溴化物（N-methyl-N-ethyl-pyrrolidinium bromide,MEP）分别加入到电解液后对电极反应的影响,通过交流阻抗（EIS）的方式测量了不同组成及浓度下的电解液电导率变化,测试了不同电解液对电池充放电性能的影响及溴络合能力,结果表明加入MBP的电解液具有更好的溴络合能力和电池性能.     

Cu/Cu2+沉积型电极在流动酸性电解液中的电化学性能

在流动的高浓度硫酸铜酸性溶液中, 研究了H2SO4浓度、 温度和CuSO4浓度对Cu/Cu2+沉积型电极在石墨基体上电化学性能的影响. 结果表明, 沉积型铜电极反应受控于阴极沉积过程, 室温下动力学过程较慢, 但铜沉积致密, 不易形成枝晶和海绵状铜. 适当提高H2SO4和CuSO4浓度及反应温度可降低铜沉积的极化, 改善其动力学特征; 但Cu离子的溶解度受限于H2SO4浓度, CuSO4浓度提升空间有限. 优化电解液组成为2.5 mol/L H2SO4＋0.7 mol/L CuSO4, 反应温度45 ℃. 在此条件下, 铜在石墨基体上沉积/溶解的交换电流密度提高1个数量级, 具有良好的动力学特征, 单电极充放电电压差降低近50%, 能量效率超过80%.