资源描述：
《全钒液流电池碳电极材料的研究进展_吴雄伟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、中国科学:化学2014年第44卷第8期:1280~1288《中国科学》杂志社SCIENTIASINICAChimicawww.scichina.comchem.scichina.comSCIENCECHINAPRESS评述电化学专刊全钒液流电池碳电极材料的研究进展①①①①①②*①*吴雄伟,刘俊,谢浩,熊远福,吴宇平,周清明①湖南农业大学理学院,长沙410000②复旦大学化学系,上海200433*通讯作者,E-mail:wuyp@fudan.edu.cn;zqm0618@aliyun.com收稿日期:20
2、14-03-06;接受日期:2014-03-21;网络版发表日期:2014-07-21doi:10.1360/N032014-00113摘要近年来,全钒液流电池作为一种大规模储能装置,其电极材料得到了广泛的研究,关键词并且获得了一定的进展.本文简述了全钒液流电池对电极材料的要求,综述了其电极材料的全钒液流电池电极材料研究进展,重点介绍了碳电极及其改性方面的工作,并对其电极材料的发展趋势进行了碳电极展望.改性1引言目前全钒液流电池储能系统的研究主要集中于[6,7][8~10][11~13][14]电池电堆
3、、电解液、隔膜、导电塑料以煤炭、石油为代表的化石能源的日益枯竭、环和电极.其电池结构和工作原理如图1所示,电极材境问题的日趋严重与社会的可持续发展背道而驰,料作为全钒液流电池电化学氧化还原的场所,本身因此必须加快开发利用可再生能源,缓解化石能源不发生化学反应,活性物质经循环泵输送至电极表供应不足的问题,优化能源结构,提高可再生能源在面进行电化学氧化还原反应.在反应过程中,电极处能源供应中所占的比重,最终使其取代化石能源.可于强酸性、强氧化性以及压力较高的工作环境下,其再生能源包括太阳能、风能、波浪能、潮
4、汐能等,具稳定性和电化学活性影响着全钒液流电池的整体性有取之不尽,用之不竭、环境友好的优点,然而其间能.因此全钒液流电池电极材料应具有耐酸性、耐氧歇性、波动性导致了调峰难、并网难等缺点,决定了化性、高导电性、高电催化活性、高析氢析氧过电位、[1,2]其规模化发展必须要有先进的储能技术作支撑.高比表面积、低的流动阻力和强的机械性等特点.目全钒液流储能系统作为一种高效的储能装置,具有前针对电极材料的研究主要有金属类电极和碳电极.低成本、高效率、高循环性能、容量和功率可灵活设金属类电极虽然具有导电性好、机械性
5、能优良等特[3]计等优点,自1985年新南威尔士大学Skyllas-点,但是因为其电化学性能差、正极易钝化以及成本Kazacos等[4,5]提出以来,获得了众多研究者和产业[15,16]高等问题不适合作为全钒液流电池的电极材料.界的关注.与目前市场中的铅酸蓄电池、镍氢电池相碳电极具有很强的耐酸性、优良的导电性、在较宽的比,全钒液流电池具有大功率、长寿命、支持频繁大电势范围内表现为化学惰性和低成本等特点,从而电流充放电以及“绿色无污染”等明显技术优势.在得到了广泛的研究与应用.太阳能、风能储存和并网、电网
6、调峰、偏远地区供电系统以及不间断电源等领域展示出广阔的应用前景.2碳电极因此,澳大利亚、日本、加拿大、美国、中国等都已投入巨资进行全钒液流电池的研究和开发.碳有多种同素异形体可以作为电极,例如无定中国科学:化学2014年第44卷第8期的电压效率和功率密度,因此通过改性,提高石墨毡电极对正负极反应的电催化性能至关重要.目前采用的主要措施有3个:碳电极的表面官能团化;沉积金属;过渡金属氧化物和本体掺杂.2.1碳电极的表面官能团化电极表面官能团化主要包括热处理、酸处理和电氧化,部分结果汇总于表1.石墨毡电极通
7、过在空气中400℃加热处理,增加了电极表面的–COOH和C=O官能团的含量,不仅提高了电极的亲水性,有利于钒离子在电极表面的扩散,而且羟基、羧基官能团作为电极反应的活性点,其数量的增多,提高了电池图1全钒液流电池工作原理图[21]的库伦效率和电压效率.用浓H2SO4、HNO3及其形碳、石墨、碳纳米管(CNT)、石墨烯,而碳纸、玻混合液对石墨毡电极进行活化处理,同样改善了石璃碳是无定形碳中的典型代表.墨毡电极的电化学性能,且经浓H2SO4处理后的石墨不同的碳电极对钒离子的电化学氧化还原具有毡催化效果最优[
8、22~24].电极表面含氧官能团的催化不同的催化效果,研究钒离子在电极表面的反应速率机理如图2所示,电极表面的含氧官能团的增加,不以及反应机理,有利于电极材料的筛选、改性研究.仅加快了电子的界面传递,而且有利于正极反应中OV(III)/V(II)和V(V)/V(IV)在玻璃碳电极上的反应动原子在电极/溶液界面间的转移[19,20].电氧化石墨毡414力学常数分别为1.2×10cms和7.5×10cms,电极,不仅提高了电极表面–C
