全钒液流电池性能及其电极说明材料的研究

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1、第12卷第3期电化学VOI.12NO.32006年8月ELECTROCHEMISTRYAug.2006文章编号：100613471（2006）03102711004全钒液流电池性能及其电极材料的研究!12333袁俊，余晴春，刘逸枫，马亮亮，吴益华（1.上海交通大学环境科学与工程学院，上海200240；2.上海交通大学燃料电池研究所，上海200240；3.上海交通大学化学化工学院，上海200240）摘要：应用循环伏安法研究石墨板、柔性石墨和PAN基碳布经双氧水处理又经热处理后在钒盐硫酸溶液中的电化学性能，并以处理过的上述电极组装成流动型钒电池.结果表明，

2、电极经处理，其表面反应可逆性增2强，峰电流增大，电化学性能明显得到提高.用处理过的石墨电极组装的钒电池其充电电流可达20mA/cm以2上，放电电流达15mA/cm.扫描电镜显示，石墨电极经处理后表层结构发生改变，比表面积增大.关键词：钒电池；电极；循环伏安法中图分类号：TM912.9文献标识码：A全钒氧化还原液流电池作为一种新型的绿色可得到一定程度的改善.本文主要对石墨板、柔性［4］环保储能电池，具有充放电性能优良、使用寿命长石墨和碳布材料进行不同处理，用循环伏安法及成本低等特点而备受关注，经过20年的发展，正考察处理后电极在钒溶液中的电化学性能；并以

3、这逐步走向实用化.些电极制作成单体钒电池，用恒电流充电法考察其钒电池正负极都以钒盐作电极活性物质，电极性能.反应如下：!"实"验充电2+++正极反应：VO+H2O"放#电VO2+2H+e!.!"实验试剂、材料及仪器!!=1.00V（1）试剂：VOSO4，浓硫酸，甘油和无水Na2SO4.除充电负极反应：V3++e"#V2+VOSO4外，其余均为分析纯试剂.放电材料：石墨板，柔性石墨（由石墨粉和硫酸混!!=-0.26V（2）合烧制而成），PAN基碳布，NafiOn（117）膜，绝缘塑电池的理论电压为1.26V.料板，耐酸塑料管等.目前，用作钒电池的电极材料

4、主要有金属电［1］仪器：BT1100B型数显恒流泵，HD12000型极、复合导电塑料电极和碳素类电极.有研究表60V15A恒压恒流电源，马弗炉，数字万用表，电子明，金属类电极不仅价格较昂贵，电化学活性也不扫描显微镜，PGSTAT30型电化学工作站.好，不能实际应用于钒电池；复合导电材料主要是高分子物质，如聚乙烯、聚氯乙烯等以一定的比例!.#"材料处理及溶液配置与导电剂（石墨粉、碳粉、乙炔黑等）混合压片而将石墨板和柔性石墨各分成两部分，一部分不成；碳素类电极（主要是石墨板、石墨毡、碳布和玻作任何处理，另一部分先于90C、含5%H2O2的碳等）直接用于钒电

5、池一方面电化学活性不够高，双氧水溶液中煮51，经蒸馏水清洗后再置于马弗另一方面在长期使用过程中容易氧化脱落.但如经炉中，在不隔绝空气的条件下400C加热301，冷过适当的处理和改性，其电化学活性和使用寿命都却待用.另外将碳粉和NafiOn的混合物刷在碳布收稿日期：2005111117，修订日期：2005112121!通讯作者，TeI：（86121）54742664，EmaiI：junyuan@Sjtu.edu.cn国家863项目（2003AA517020）资助·272·电化学2006年表面，晾干待用.处理好的Nafion（117）膜放于蒸馏V/s.如图

6、，未经处理的电极在-1.0~2.0V的电2++水中备用.位区间内，仅可以观察到VO/VO2的氧化峰2+3+将适量的硫酸氧钒溶于一定浓度的硫酸中，配（c）和还原峰（d），以及V/V电对的氧化峰-1-1制成VOSO4!H2SO4=2moI·L!2moI·L的（a），但其还原峰（b）因位于析氢的电位区内而难［6］2++溶液1L，再加入1%的甘油与1%的Na2SO（4by以辨认.电对VO/VO2氧化还原峰间的电位差［3］2+3+mass）.#!p为0.59V，V/V的#!p也大于0.5V.表明!."#循环伏安测试和钒电池充放电性能对未处理的石墨电极，这两个电对

7、的电化学反应均测试为不可逆.用PGSTAT30电化学工作站作模拟钒电池循环伏安（CV）检测.三电极体系，以上述两种石墨材2料和碳布材料作工作电极，面积均为1cm，铂电极为辅助电极，饱和甘汞电极（SCE）为参比电极，-1电解液即以上配成的V（IV）溶液（2moI·L-1VOSO4+2moI·LH2SO4）.［5］组装的单体钒电池如图1所示.实验之前正负极储槽各装入100mL的V（!）电解并由恒流泵不断送入电池并流回储槽；在恒压下对电池作恒流充电，待正极储槽的V（!）基本全部转变为V（"）后，更换新鲜的V（!）溶液100mL，继续充电；充电到一定程度后再恒

8、流放电，记录整个充放图2处理（1）与未处理（2）的石墨电极循环伏安曲过程电池电压随时间的变化.