论文部分内容阅读
液流电池以其高效率,长循环寿命,低运行成本以及能量功率独立可调等独特优点,作为大型储能装置得到了广泛的关注。在液流电池中,电解液是最关键的部件之一,既作为电池的离子导体,又作为能量的储存介质,因此其性能决定了电池的整体性能。本文采用L-谷氨酸作为全钒液流电池正极电解液添加剂,以提高电解液的电化学性能及热稳定性；同时结合有机体系与液流电池的优点,对全有机体系液流电池进行了初步探索。主要研究内容和结论如下：采用L-谷氨酸作为钒电池正极电解液的添加剂,系统研究了其对于电解液电化学性能与热稳定性的影响。结果表明,L-谷氨酸的加入不仅可以有效地改善电解液的电化学性能,提高VO2+/VO2+电化学反应的可逆性,促进传质过程,同时还可以有效地抑制V205从正极电解液中的析出,从而提高电解液的热稳定性。另外,通过紫外可见光谱、拉曼光谱、X射线光电子能谱等方法探讨了L-谷氨酸改善正极电解液的稳定性和电化学活性的机理。结果表明,添加极少量的L-谷氨酸不会与钒离子发生化学反应,其与V(V)离子的结合为物理吸附,而非化学键合。L-谷氨酸对V(V)溶液热稳定性的改善可能主要是由于L-谷氨酸在溶液中形成两性离子在表面的吸附抑制了V2O5晶核的聚集。同时L-谷氨酸的加入可在石墨毡电极表面引入含氮和含氧官能团,在电极表面为VO2+/VO2+电化学反应的进行提供了更多的活性点位,有利于电极／电解液界面上的电荷转移,从而改善了电解液的电化学性能。添加L-谷氨酸的电解液具有具有良好的充放电性能,60mA·cm-2电流密度下,电流效率和能量效率分别高达96%和74%,且表现出优良的循环稳定性。选用2,5-二叔丁基-1,4-二甲氧基苯(DDB)和茜素(QS)分别作为正负极电活性物质,DMF作为溶剂,高氯酸钠作为支持电解质,对全有机体系液流电池进行了初步探索。循环伏安表明,DDB和QS均表现出良好的电化学活性和氧化还原可逆性,组装成静态电池在10个充放电循环后容量基本保持稳定,50次循环后容量保持率为70%以上,表现出良好的循环稳定性,且充放电电流效率达90%以上。