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     

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     

钒电池用聚胺薄层复合膜研究

钒电池(VRB)具有容量和功率相互独立、易于模块化、寿命长和安全性高等优点,因此特别适合作为大规模储能系统使用.隔膜是VRB的核心部件之一,对电池的综合性能和成本影响巨大.全氟磺酸膜如Nafion(杜邦)具有化学稳定性高、电导率高和机械性能好等优点,因此是当前VRB中所广泛使用的商业化隔膜.然而,Nafion用于VRB时存在着钒离子渗透率高和成本高两大主要缺点,严重制约了VRB的商业化进程.薄层复合(TFC)膜具有皮层和支撑层易调控、制备简单和离子选择性高等特点,特别适合于在VRB中使用.但是传统的聚酰胺型TFC膜在VRB强酸电解液中存在潜在的水解和分解问题.为了制备VRB用高稳定性TFC膜,本工作以聚乙烯亚胺(PEI)和三聚氰氯(CC)作为两相单体,通过界面聚合法制备了不含酰胺基的聚胺型TFC膜并应用于VRB.在此基础上,对所制备复合膜进行了钒离子渗透率、单电池充放电性能、化学稳定性和长期循环稳定性等物化性能及电化学性能研究.结果表明:聚胺TFC膜(M_T)的钒离子渗透系数为3.17×10^-7 cm²·min^-...     

全钒液流电池用质子交换膜的研究进展

全钒液流电池(VRFB)是一种大型储能装置,在新能源领域的发展和应用愈发成熟。在钒电池的组成中,质子交换膜(PEMs)作为关键部位之一,其性能优劣和成本决定着钒电池的寿命和最终性能。理想的钒电池隔膜不仅需要优异的质子传导能力,同时需要满足阻钒性、稳定性和成本合理性的要求。本文根据质子交换膜材料化学组成和物理结构的不同,对近几年钒电池用质子交换膜的研究现状及进展进行了分类总结和概述,同时阐述了高性能质子交换膜的重点研究及发展方向。     

全钒氧化还原液流电池碳素类电极的活化

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,电极的活化一直都是研究的热点。碳素类材料,如碳毡和石墨毡,以其低成本和高性能被广泛用作钒电池电极。通过活化处理增加碳素类电极表面的含氧、含氮官能团或引入各种催化剂可以显著提高V(Ⅴ)/V(Ⅳ)和V(Ⅲ)/V(Ⅱ)电对氧化还原反应的电化学活性和可逆性,进而提高VRFB的总体性能,最终促进VRFB的商业化进程。本文综述了VRFB碳素类电极的氧化活化法、掺杂活化法和碳纳米催化剂活化法等几种常用活化方法的研究进展,并对VRFB碳素类电极的进一步研究和应用前景进行了展望。     

钒氧基电极材料特点及其改性方法

钒氧基化合物作为钒基化合物中重要的一员,其具有比容量高、价格低廉等特点,是一种极具有前景的电极材料,然而其电导率低、可溶解于电解液,造成充放电过程中倍率、循环稳定性差。本文介绍了钒氧基化合物作为锂离子/钠离子电池电极材料的研究进展,重点介绍了钒氧基化合物电化学性能降低的原因。综述了针对钒氧基化合物问题所采用的离子掺杂、表面包覆、导电物质复合解决办法,并讨论了一些具有代表性的改性后电极材料的制备方法、电化学性能及相应机制,且展望了钒氧基化合物未来的研究方向。     

钒电池电解液体积变化规律研究

研究了钒电池在使用阳离子交换膜稳定运行过程中电解液体积的变化情况, 分析了影响因素, 并总结了变化规律. 离子的电迁移使电解液体积随充放电容量的变化线性改变, 充电过程正极电解液体积线性减小, 负极电解液体积线性增大; 放电过程反之. 多次充放电循环过程中, 钒离子的净渗透方向是由负极到正极, 水的净变化方向与钒离子相同, 最终使得多次循环过程正极电解液的体积逐渐增加.     

V2（SO4）3的制备及其在固体钒电池中的应用

以V2O5为原料,利用电解还原方法制备三价钒电解液,此电解液蒸发结晶后得到的V2（SO4）3固体,可组装成固体钒电池。固体钒电池在5 mA/cm2时电池的能量效率可达94.00%,比液流钒电池高出6%;其能量密度为54.18 Wh/kg,是液流钒电池的两倍。充放电实验结果表明,所制备V2（SO4）3固体电化学活性高,所用固体钒电池有望应用于移动电源和动力汽车。     

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。     

全钒液流电池隔膜的制备与性能

全钒液流电池作为一种电化学储能装置在电网调峰、山区供电、电动车充电电源、应急电源等方面具有很广阔的应用前景。隔膜是全钒液流电池的关键组件之一,其结构和性能决定电池的效能。隔膜的离子传导率和钒离子的渗透率分别影响电池的电压效率和电流效率。隔膜的化学稳定性决定电池的长期运行的稳定性和使用寿命。本文根据隔膜的类别不同,分别阐述了含氟离子膜、非氟离子膜及多孔膜的制备与上述性能的关系,并展望了隔膜的发展方向。     

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。     

局部密集交联含氟聚芳醚阴离子交换膜的制备与性能

为开发同时具有阴离子传导率高、钒离子渗透率低、机械性能和化学稳定性优异的阴离子交换膜(AEM),本文以逐步缩聚法合成了含叔胺基的含氟聚芳醚(FPAE),然后以十溴丙基柱[5]芳烃(P5Br)作为交联剂,通过P5Br上的溴烷基与FPAE上的叔胺基之间的亲核取代反应进行交联,最后用碘甲烷将剩余叔胺基季铵化,制得一系列局部密集交联含氟聚芳醚阴离子交换膜QAFPAE-P5Br-x.研究结果表明,所有膜在极性非质子溶剂中都具有较高的凝胶含量,证明已形成高效交联结构.随着交联剂含量从0.5%增加到5%,膜的吸水率、溶胀率、阴离子传导率和VO2+透过率逐渐降低,而离子选择性、拉伸强度、面电阻和氧化稳定性逐渐增加.交联剂含量为1%的QAFPAE-P5Br-1%膜同时具有较低的面电阻和VO²⁺透过率,综合性能优异.以QAFPAE-P5Br-1%组装的全钒液流电池(VRFB)在80 mA·cm^?2的电流密度下具有86.5%的能量效率,比以Nafion 212组装的VRFB高出7.7%.另外,以QAFPAE-P5Br-1%组装的VRFB还具有优异的循环稳定性、放电容量保持率和抗自放电性能.可见,局部密集交联是一种提高VRFB用AEM综合性能的有效方法.     

铝离子聚合物固态电解质

铝离子电池因其材料成本低、大倍率性能优异和循环寿命超长等优势,而被认为在大规模静态储能应用中具有广阔前景.目前的铝离子电池大部分采用离子液体、尿素和熔融盐等液态电解液,其在实际工程化应用当中存在电解液渗漏的风险.相对而言,全固态电池则可以避免电解液渗漏的问题,还具有因去除隔膜和简化封装所带来的电池整体能量密度提升的优点.但是,目前领域内少有关于全固态铝离子电池的研究.基于此,采用溶液浇筑法,以冠醚作为添加剂和配位基团、以聚乙二醇（PEO）作为基底,制备出无定型结构的聚合物固态铝离子电解质.其中,冠醚不仅作为配位基团与铝离子进行配位提高铝离子的稳定性,而且作为相容性高的添加剂降低聚合物结晶度,从而提高固态电解质的离子电导率.测试表明,制备出的18-6/PEO/Al（CF₃SO₃）₃体系聚合物固态铝离子电解质是非晶态为主的晶态与非晶态共存的薄膜,且具备很高的离子电导率（室温,5.5×10^-6 S/cm;100℃高温,1.86×10^-3 S/cm）和较宽的电化学稳定窗口（0~3 V）,这为全固态铝离子电池的研发奠定了基础.     

室温铝二次电池及其关键材料

金属铝是一种很高的能量载体,是开发电池的理想电极材料。由于铝在二次电池中的应用体系主要集中在高温熔盐铝二次电池,其熔盐电解质需要高温,对环境要求苛刻,成本较高难于维护,限制了铝二次电池的发展。近年来,室温离子液体作为二次电池的电解液的研究,使得室温铝二次电池的开发与应用成为可能,人们开始研究基于离子液体电解液的室温有机熔盐二次电池,采用铝或者嵌铝化合物作为电极材料,离子液体作为电解液,与传统的二次电池相比具有很多优点。本文介绍了近年来室温铝二次电池相关的研究和应用新进展,包括金属铝负极的优化和铝枝晶的抑制,可嵌脱铝负极材料的设计,可用于铝二次电池的过渡金属氧化物和导电聚合物正极材料及其性能,以及电解液的要求和离子液体作电解液的优势,并指出了可能存在的问题以及相应的解决办法。     

锂离子电池高电压和耐燃电解液研究进展

电解液作为锂离子电池的重要组成部分,起着传输离子的作用,电解液的性质对电池的容量、循环性能及安全性能等影响巨大.近年来,随着高电压、高能量密度锂离子电池的开发应用,现有常规碳酸酯电解液存在正极稳定性差、闪点低、易燃烧等问题.因此,发展高电压耐燃电解液是应用高电压高容量正极材料、发展高电压高容量高安全性锂离子电池的迫切需要.主要综述了高电压电解液、耐燃性电解液及兼具抗氧化性和耐燃性的高浓度电解液的研究进展和现状.在此基础上,对锂离子电池新型电解液的发展方向进行了展望.     

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).     

离子液体在金属-空气电池中的应用研究进展

金属-空气电池能量密度大、成本低、无污染、可循环利用,是新能源汽车领域技术发展的重要方向.离子液体具有高的热稳定性、宽的电化学窗口、可以忽略的蒸气压、易于循环利用、无毒等优点,成为金属-空气电池研究中崭新的液体介质.将离子液体作为电解液应用于金属-空气电池体系,有望解决传统溶液体系存在的能量转化效率低、电解液干涸等技术难题,是一种极具研究价值的绿色新工艺.常见的金属负极有锂、锌、镁、铝、钠和硅.本文综述了离子液体作为电解液在这6种金属-空气电池中的应用研究进展和面临的挑战,并对其未来的发展方向进行了展望.     

五种1-烷基-2,3-二甲基咪唑型离子液体的合成及作为Li/LiFeO_4电池电解液的研究

合成了五种新的1-烷基-2,3-二甲基咪唑二(三氟甲基磺酰)亚胺离子液体(alkyl-DMimTFSI).以离子液体作为Li/LiFeO4电池电解液,分别考察不同烷基(正丁基、正戊基、正辛基、异辛基和正癸基)对电解液理化性质、界面性质和电池行为的影响.结果表明离子液体的电化学窗口都可以达到5.6V(-0.4～5.2Vvs.Li+/Li),显示它们具有较好的电化学稳定性.加入碳酸亚乙烯酯作为添加剂后,离子液体电解液在Li负极形成稳定的固体电解质相界面膜(SEI),从而提高了Li负极的稳定性,保护了Li片不受腐蚀.电化学阻抗和循环伏安分析进一步揭示LiFeO4正极与离子液体电解液也有良好的兼容性.此外,研究还表明离子液体中烷基种类严重影响它们的电池行为.采用butyl-DMimTFSI和amyl-DMimTFSI电解液体系的电池充放电容量和可逆性明显优于另外三种离子液体,它们的首次放电容量分别达到145和152.6mAh/g,并表现出良好的充放电循环性能.因粘度最大,采用isooctyl-DMimTFSI电解液的电池首次放电容量仅为8.3mAh/g,但添加碳酸丙烯酯(质量比1∶1)稀释后首次放电容量上升至132.4mAh/g.     

电位滴定法测定钒电池电解液中不同价态的钒

钒电池是以钒离子溶液为正负极活性物质的蓄电池[1,2]。钒各种价态的化学行为都很活跃,其中VO 2/VO2 及V3 /V2 两电对电位相差约为1.25 V。钒电池的工作原理如下:正极:V(Ⅳ)→V(Ⅴ) e充电V(Ⅴ)→V(Ⅳ)-e放电负极:V(Ⅲ) e→V(Ⅱ)充电V(Ⅱ)-e→V(Ⅲ)放电基于钒电池具有优于其它氧化还原电池的特点,如无交叉污染、反应速度快、可深度放电、易于增减电池功率和容量等,因而有着广泛的用途,如电网调峰、应急电源、动力电源等。由于钒电池正负极的活性物质均为钒离子,钒离子的电化学反应程度决定着电池的充放电效率,因此有必要建立一种经济、简便、安全、有效的价态钒分析方法。价态钒的分析方法主要有发射光谱法和电位滴定法等,目前钒电池用电解液中价态钒的分析以电位滴定为主,但报道的均是使用毒性较强、对人体危害较大的重铬酸钾作为滴定剂[3,4],而且操作相对繁琐。本法提出了一种以硫酸亚铁铵溶液为滴定剂的安全、简便、有效的各种价态钒的电位滴定分析方法。1试验部分1.1分析原理在强酸性介质中,4种价态钒离子不能3种以上共存,高价钒与低价钒氧化还原反应,这个反应是完全的也是定量的。因此本法以下面三个化学反应...     

水系锌离子电池电解液添加剂的研究进展

电解液添加剂能有效缓解锌金属阳极的不可控枝晶生长和固有副反应,大幅提升锌金属阳极的循环稳定性和可逆性,对水系锌离子电池的发展和商业化应用具有重要意义。本文通过对近期水系锌离子电池电解液添加剂的研究进展进行了系统总结和分析,简要介绍了锌金属阳极目前面临的主要挑战及其相关机理,重点阐述了电解液添加剂对锌金属阳极界面的作用机制,包括改变溶剂化结构、调节沉积方式、构筑界面保护层。此外,还对不同类型电解液添加剂进行了分类讨论,包括离子添加剂、无机添加剂和有机添加剂。最后,我们进一步对电解液添加剂策略在提升水系锌离子电池电化学性能中存在的科学问题和未来的研究方向进行了总结与展望。