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锌铁液流电池的研究

锌铁液流电池的研究

作     者:魏露露 

作者单位:江西理工大学 

学位级别:硕士

导师姓名:谢志鹏

授予年度:2021年

学科分类:0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题:新能源 锌负极 铁正极 液流电池 储能 

摘      要:全球气候变暖严重地威胁着人类社会的生存和发展。只有大力开发和利用风能、太阳能等新能源,才能阻止气候持续变暖。然而新能源利用需要可靠的储能装置。在多种储能技术中,液流电池因其独特的优点而备受储能行业的广泛关注。锌-铁液流电池资源丰富,有利用于成本的降低。本文主要研究了锌负极、铁正极和锌铁全电池的性能,具体内容如下:研究了Zn/Zn负极的热力学、动力学性能。考查了多种离子液体、电解液流速和电流密度对负极锌形貌的影响。在相同的浓度下,硫酸锌的开路电位要大于氯化锌的开路电位。二者的开路电位总体上是随着锌离子浓度的增大而增大。在0.04 mol LZn Cl+2 mol LNa Cl溶液中锌离子的扩散系数为6.96×10cms。Zn/Zn电极过程的交换电流密度为8.9×10A cm;标准速率常数为9.2×10 cm s。锌对称电池测试显示,原始锌片经过电池循环后,表面变粗糙,其微观形貌与多种因素有关,包括电解液流速、电解液组成和电流密度。研究了铁正极的热力学和动力学。支持介质会影响Fe/Fe形式电位,在氯化铵溶液中Fe/Fe形式电位为0.35 V,而在硫酸铵溶液中Fe/Fe形式电位为0.32 V。另外配位反应会影响Fe/Fe的形式电位,比如,Fe(CN)/Fe(CN)的形式电位相对于Fe/Fe的减小,而Fe(bpy)/Fe(bpy)的形式电位相对于Fe/Fe则增大。在0.002mol LFe SO+0.001 mol L Fe(SO)+0.25 mol L HSO溶液中,铁离子Fe的扩散系数为6.92×10cms,亚铁离子Fe的扩散系数为9.18×10cms。在0.01 mol LK(CN)+0.01 mol L K(CN)+1 mol LKCl溶液中,Fe(CN)的扩散系数为3.68×10cms,Fe(CN)的扩散系数为2.16×10cms。在0.025 mol LFe(Bpy)Cl+0.025 mol L Fe(Bpy)Cl+0.1 mol L HSO+1 mol L NaSO溶液中,Fe(bpy)的扩散系数为2.12×10cms,Fe(bpy)的扩散系数为1.12×10cms。在300K温度下,测得Fe(bpy)/Fe(bpy)在铂片电极上的标准速率常数4.56×10cm s,Fe(CN)/Fe(CN)和Fe/Fe的标准速率常数分别为5.02×10cm s和4.47×10cm s。研究了锌铁全电池的性能。考查了中性锌负极与联吡啶-铁正极组合电池的性能;考查了碱性锌负极与Fe(CN)/Fe(CN)正极组合电池的性能。Celgard3501微孔膜由于孔径(25微米)过大,不能有效地防止正负极活性物质的交叉污染,导致电池失效。Nafion115膜能有效地防止Zn/Zn-Fe(bpy)Cl/Fe(bpy)Cl电池活性物质的交叉污染。由于Fe(bpy)/Fe(bpy)离子半径比较大,容易导致隔膜的堵塞,给电池的长期运行性能造成了较大的影响。相对来说,碱性锌-KFe(CN)/KFe(CN)电池的循环使用寿命要更好。

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