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《全钒液流电池电极材料的研究进展-吉首大学学报（自然科学版）》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、第37卷第4期吉首大学学报(自然科学版)Vol.37No.42016年7月JournalofJishouUniversity(NaturalScienceEdition)Jul.2016文章编号:10072985(2016)04006106∗全钒液流电池电极材料的研究进展张文泽1,王玉娥1,吴贤文2,罗飞1,程刚1,何章兴1(1.华北理工大学化学工程学院,河北唐山063000;2.吉首大学化学化工学院,湖南吉首416000)摘要:介绍了全钒液流电池的结构、原理、特点及其发展过程,对制约全钒液流电池发展的电极材料这一关键组成作
2、了论述.从电极材料的对比分析、电极改性方法的介绍及其电化学性能的优化机制等方面,综述了钒电池电极材料的发展过程及现状.关键词:全钒液流电池;电极材料;研究;进展中图分类号:TM912.9文献标志码:ADOI:10.3969/j.cnki.jdxb.2016.04.013随着社会经济与科技发展水平的快速提高,一系列能源问题也随之而来.各行各业的能源消耗急剧上升,煤炭、石油等不可再生能源总量越来越少,人们正在使用的常规能源日益暴露出的局限性已使之越来越不能满足大众需求,这已成为人类面临的急需解决的一大难题.因此,新能源(如太阳能
3、、风能等)的开发和应用愈发受到重视,但问题是这些新能源具有不连续的特点.储能技术便是解决这一问题的首选途径,也是当前全球技术竞争的新焦点.近年来,全钒液流电池因其容量大、效率高、寿命长等优点顺应未来能源的发展趋势,而受到普遍关注.1全钒液流电池的发展现状、结构及原理全钒液流电池是一种新型的绿色储能装置,与其他二次能源储能装置相比,钒电池具有容量大、效率高、寿命长、可瞬间充放电、绿色环保等优点.美国航天局于1976年率先发现钒可以作为活性物质应用于[1]液流电池中.1985年,澳大利亚新南威尔士大学的MarriaSkyllas
4、-Kazacos等提出一种全新的电化学系统,并制作了当时第一个静态钒电池和动态钒电池模拟装置,同时进行了一系列电极材料的选择和研究、组装电池技术的摸索及电池性能的测试过程.20世纪90年代初,我国一些研究人员才开始对钒电池系统作初步研究.之后,很多科研院所如中国工程物理研究院、大连化学物理研究所、中南大学等相继对该项目的研究付出了大量精力,到21世纪初其研究达到高潮.在全钒液流电池中,储液罐用于储存活性物质,分为正、负极2室,正极室储存Ⅴ(Ⅴ)/Ⅴ(Ⅳ)离子电解液,负极室中储存Ⅴ(Ⅲ)/Ⅴ(Ⅱ)离子电解液,用质子交换膜将2室
5、隔开.由石墨毡等碳纤维材料组成电极连接正、负极2室,为正、负极电对提供反应场所,电流由集流体进行导入和导出.其工作原理如图1所示,在电池运行过程中,电解液在反应室和电回路之间循环流动.在此期间,不同价态钒离子间发生氧化还[2]原反应,使得溶液中的化学能与电能相互转化,完成充放电过程,从而达到储存与释放电能的目的.充电∗收稿日期:20151228基金项目:国家自然科学基金资助项目(51504079);华北理工大学大学生创新创业训练项目(X2015118);河北省教育厅青年基金项目(QN2016183)通信作者:何章兴(1985
6、—),男,湖南长沙人,华北理工大学化学工程学院讲师,博士,主要从事电化学、材料化学研究.62吉首大学学报(自然科学版)第37卷时,正极Ⅴ(Ⅳ)被氧化成Ⅴ(Ⅴ),负极Ⅴ(Ⅲ)被还原成Ⅴ(Ⅱ),放电时反应逆向进行.电极反应式为:充电正极VO2+++0+H2O⥫＝⥬VO2+2H+e,E=1.00V,放电充电负极V3+2+,E0+⥫＝⥬V=-0.26V,放电充电电池VO2+3+++2+,E0+H2O+V⥫＝⥬VO2+2H+V=1.26V.放电图1钒氧化还原液流电池工作原理目前,钒电池以其独特的优越性受到各国普遍关注的同时,在实用化进
7、程中也受到一些关键技术的制约,如高浓度钒电解液的配制,电极材料电化学活性和可逆性能的提升,高选择性、低成本、长寿命隔膜的[3]开发和应用等.而在之前的几十年里,对电解液和隔膜的研究相对较成熟,电解液的主流研究方向是提高钒电解液的浓度和电化学活性,钒电池隔膜的研究主要集中在引入特性基团来减小膜孔径、增强选择性、改善水迁移能力等.对电极材料的研究,已取得一些成就且从未停止,仍在进一步探索中.2电极材料的研究进程在功能上,钒电池系统的电极材料与普通化学电源的电极材料有所不同.普通化学电源电极本身作为反应物参与到电池反应中,随着反应
8、的进行,其量也随之改变.而钒电池电极材料用于钒电对在其表面进行电子传递与离子转换,一般而言主要起导电和提供反应有效场所的作用.目前,国内外对钒电池电极材料的研究主要集中在2大类:金属类电极和碳素类电极.2.1金属类电极[4]具备导电性强、电阻低且机械强度高等优势的金属类电极材料,在钒电池发
