吡啶羧酸类添加剂对钒液流电池正极电解液性能影响研究

摘要

本文围绕全钒液流电池正极电解液的热稳定性和电化学性能展开研究，比较了不同羧基数目、不同羧基位置的吡啶羧酸类有机化合物对正极电解液热稳定性和电化学性能的影响，探讨了吡啶羧酸类添加剂对V(Ⅴ)电解液热稳定性的影响机制。主要研究内容如下:
　　(1)以2-吡啶羧酸和2，6-吡啶二羧酸为正极电解液的添加剂，比较含不同羧基数目的添加剂对电解液性能的影响。结果表明，2，6-吡啶二甲酸对V(Ⅴ)电解液热稳定性改善更为明显，且不会引起V(Ⅴ)电解液电荷状态的改变。在40℃下，加入3mol％2，6-吡啶二甲酸V(Ⅴ)电解液的沉淀时间延长了60％。Zeta电位测试表明添加剂对V(Ⅴ)电解液热稳定性的改善归因于其在V(Ⅴ)离子表面的吸附，增加了V(Ⅴ)离子之间的静电阻力。拉曼光谱测试进一步表明加入2，6-吡啶二甲酸能与V(Ⅴ)离子发生相互作用，削弱了V(Ⅴ)和SO42-或HSO4-之间的相互作用力，同时提高了溶液中V(Ⅴ)离子的分散性。CV和充放电测试表明2，6-吡啶二甲酸的加入对电解液的电化学活性没有负面的影响。
　　(2)改变吡啶二甲酸羧基的位置，比较了2，3-吡啶二甲酸和2，6-吡啶二甲酸对正极电解液热稳定性和电化学活性的影响。结果表明2，3-吡啶二甲酸和2，6-吡啶二甲酸都能显著的提高V(Ⅴ)电解液的热稳定性。CV和LSV测试结果表明2，3-吡啶二甲酸对电解液的电化学活性和可逆性具有更加明显的提高。加入1mol％2，3-吡啶二甲酸后，V(Ⅳ)离子的扩散系数由0.36～0.56×10-6 cm2s-1提高到0.57～0.89×10-6 cm2s-1，VO2+/VO2+电极反应速率常数提高了19.86％。与空白电解液相比，40次充放电循环后含2，3-吡啶二甲酸的电解液的能量效率提高了1.02％。XPS测试表明加入2，3-吡啶二甲酸可以在电极表面发生吸附，为电极反应提供活性位点，改善电解液的电化学性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 全钒液流电池

1．2．1 全钒液流电池的结构及工作原理

1．2．2 全钒液流电池的应用

1．3 全钒液流电池的研究进展

1．4 全钒液流电池电解液研究进展

1．4．1 电解液的制备

1．4．2 电解液的理化性质

1．4．3 电解液的优化

1．5 电池容量衰减

1．6 本课题的研究内容与意义

1．6．1 本课题研究意义

1．6．2 本论文研究内容

第二章 实验部分

2．1 实验材料与仪器

2．2 主要实验仪器与器材

2．3 电解液的制备

2．3．1 V(Ⅳ)电解液的制备

2．3．2 V(Ⅲ)和V(ⅤⅤ)电解液的制备

2．4 电解液浓度测定

2．4．1 硫酸亚铁铵浓度测定

2．4．2 电解液中钒离子浓度滴定

2．5 Zeta电位测试

2．6 紫外可见及拉曼光谱分析

2．7 电化学测试

2．8 充放电测试

2．9 XPS测试

第三章 2-吡啶甲酸和2，6-吡啶二甲酸对正极电解液性能的影响

3．1 引言

3．2 添加剂对五价电解液热稳定性的影响

3．2．1 添加剂用量的优化

3．3 添加剂对正极电解液分子结构的影响

3．3．1 紫外可见光谱分析

3．3．2 拉曼光谱分析

3．4 添加剂对正极电解液电化学性能的影响

3．4．1 添加剂对V(Ⅳ)／V(Ⅴ)电对循环伏安特性的影响

3．4．2 添加剂对电解液充放电性能的影响

3．5 添加剂对电极表面的影响

3．6 本章小结

第四章 2，3-吡啶二甲酸和2，6-吡啶二甲酸对正极电解液性能的影响

4．1 引言

4．2 添加剂对V(Ⅳ)／V(Ⅴ)电对反应循环性能的影响

4．2．1 添加剂用量的优化

4．2．2 空白添加剂的循环伏安特性

4．2．3 添加剂对电解液传质步骤动力学的影响

4．2．4 添加剂对电解液电子转移步骤动力学的影响

4．3 添加剂对V(Ⅴ)离子结构的影响

4．4 添加剂对V(Ⅴ)电解液的热稳定性的影响

4．5 添加剂对电解液充放电性能的影响

4．6 添加剂对电极表面的影响

4．7 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢