全有机氧化还原液流电池混合溶剂和支持电解质的研究

摘要

随着可再生能源使用比例的日益提高，开发灵活稳定的大规模储能技术成为研究热点，液流电池有望满足对能源高效利用的要求。本文研究开发了一种新型非水全有机液流电池体系，包括对电解液中溶剂、支持电解质和活性物质的优化。 第二章采用循环伏安法对新型负极活性物质二苯甲酮(BP)和正极活性物质2，5-二叔丁基-1，4-_甲氧基苯(DBB)的电化学性能进行测试。结果显示当使用四乙基六氟磷酸铵(TEAPF6)作支持电解质、乙腈(AN)作溶剂时，正负极活性物质的氧化还原反应准可逆且受扩散控制，理论开路电势为2.92V。通过加入助溶剂提高DBB在电解液中的溶解度。以AN作主溶剂，分析了四氢呋喃(THF)、二氯甲烷(DCM)、二甲基甲酰胺(DMF)、1，3-二氧戊环(DOL)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸二乙酯(DEC)作助溶剂时对电解液物理性质和电化学性质的影响。结果表明，助溶剂的添加改变了纯溶剂的电化学窗口和活性物质溶解度，随着含量增加，电导率不同程度地降低，黏度增大，但对DBB的溶解度明显提高；当使用DOL和AN为1∶1的溶剂时，正负极活性物质扩散系数最大，可分别达到1.53-1.98x10-5和1.75-2.53x10-5Cm2?S-1．而使用DOL和AN为4∶1的溶剂时，所测的电池开路电压达到3.12V。通过对BP引入甲基和甲氧基增大电池电势。循环伏安测试结果表明采用4，4’-二甲基二苯甲酮(DMBP)和4，4’一二甲氧基二苯甲酮(DMOBP)作为负极活性物质，开路电压提高到3.02V和3.12V，而活性物质扩散系数下降。 第三章通过两步法合成离子液体四乙基双三氟甲基磺酸亚胺铵(TEATFSI)作为支持电解质应用于BPIDBB全有机液流电池。分析了TEATFSI和几种常见支持电解质对电解液电导率和电极反应动力学的影响；对使用不同支持电解质的液流电池进行充放电性能测试。结果表明：支持电解质阳离子对反应扩散系数影响明显；当采用自行合成的TEATFSI时，电池开路电压可达到2.95V，库伦效率、电压效率和能量效率最高，分别为97%、46%和44%，循环次数可达50次以上。同样使用TEATFSI对DMBPIDBB和DMOBPIDBB液流电池进行了电化学性能测试和充放电研究。实验表明充放电过程中DMBP的稳定性接近并仅次于BP，而DMOBP电池放电平台较高，稳定性和循环寿命较差。

目录

声明

第1章绪论

1.1.2氧化还原液流电池的原理和结构

1.1.3全有机液流电池的特点和优势

1.1.4全有机液流电池的研究进展

1.2有机溶剂

1.2.1溶剂要求

1.2.2溶剂性质

1.2.3研究现状

1.3支持电解质

1.3.1性能要求

1.3.3支持电解质阳离子

1.4本课题研究意义、目的及内容

第2章全有机液流电池体系混合溶剂的研究

2.2实验部分

2.2.1实验材料与仪器

2.2.2材料处理和电解液配制

2.2.3溶解度测试

2.2.4循环伏安测试

2.3结果讨论

2.3.1物化性质

2.3.2电化学特性

2.3.3混合溶剂对电化学特性的影响

2.3.4取代基对电化学特性的影响

2.4本章小结

第3章全有机液流电池支持电解质的研究

3.2.2原料和电解液的制备

3.2.3流态电池装置的搭建

3.2.4充放电测试

3.3结果讨论

3.3.2支持电解质对电化学特性的影响

3.3.3支持电解质对充放电性能的影响

3.3.4取代基对充放电性能的影响

3.4本章小结

第4章结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢