铋纳米颗粒负载的氮掺杂石墨毡用于稳定高效的铁铬液流电池

铁铬氧化还原液流电池(ICRFB)是一种具有成本效益的可规模化储能系统,其利用资源丰富、低成本的铬和铁作为电解液的活性物质。然而,ICRFB存在Cr^(3+)/Cr^(2+)电化学活性低、负极易产生严重的析氢反应(HER)等问题。本文报道了一种简单的合成策略,即通过自聚合和湿化学还原方法结合煅烧处理,在氮掺杂石墨毡(GF)表面沉积了非晶态铋(Bi)纳米颗粒(NPs),其作为ICRFB的负极材料时可展示出高效的电化学性能。生成的BiNPs与H+形成中间体,极大地抑制了HER副反应。此外,Bi的引入和GF表面的N掺杂通过协同作用显著提高了Fe^(2+)/Fe^(3+)和Cr^(3+)/Cr^(2+)的电化学活性,降低了电荷传递电阻,提高了反应传质速率。在不同的电流密度下,经25次循环,库仑效率仍高达97.7%。在60.0 mA cm^(-2)电流密度下,能量效率达到85.8%,超过了许多其他报道的材料。循环100次后容量达到862.7 mAh/L,约为GF的5.3倍。

无机水系液流电池中纳米粒子改性石墨毡电极研究

简单介绍了典型液流电池的工作原理及石墨毡本身的结构特征与物化性质,重点阐述了近年来纳米粒子修饰改性电极在液流电池中的应用,对比分析了不同修饰改性工艺及不同类型纳米粒子对电极材料性能的优化效果,并进一步总结了纳米粒子提高电极材料电化学活性机制机理。最后针对电极性能优化研究提出了未来有助于提高电池效率、降低电池成本的发展方向。

石墨毡在以Ce^(3+)/Ce^(4+)为媒质的间接电化学合成反应中的电化学行为

采用循环伏安法、恒电流电解法、扫描电镜和X射线能谱技术研究了石墨毡电极在以Ce^(3+)/Ce^(4+)为媒质的间接电化学合成反应中的电化学行为。结果表明:石墨毡电极对硫酸铈(Ⅲ)的氧化响应电流密度远超石墨和铅电极,并且电流密度会随石墨毡厚度的增加而增大。恒电流电解实验显示,在温度为27℃、电流密度为100 mA/cm^(2)、硫酸浓度为1.0 mol/L的情况下,电流效率达到95%。通过扫描电镜和X射线能谱仪分析结果得出,在27℃下电解30次后,石墨毡电极的表面形态未发生改变,电极表面仅存在碳元素和少量硫元素。石墨毡电极在工业生产中可大幅提高间接电化学合成反应的时空产率,达到降低能耗的效果,同时具有极佳的使用寿命。

钒液流电池用石墨毡电极的电化学修饰

研究了钒液流电池用石墨毡电极的电化学处理,结果发现,电化学处理能提高电极活性,30mA·cm-2电流密度下,电压效率可达90．96％,电流效率达92％．XPS分析表明,电化学处理后,石墨毡表面的O／C比例由0．085增加至0．15,且主要增加的是COOH官能团,与FT-IR分析结果一致．SEM表明碳纤维表面被刻蚀,BET测试结果表明比表面积有所增加．电极活性的提高归因于碳纤维表面COOH官能团数目的增加及比表面积的增大．

钒液流电池用石墨毡电极电化学活化机理的交流阻抗研究

研究了不同氧化程度下的石墨毡在钒溶液中的吸附性、润湿性及其交流阻抗图谱(EIS),结果发现随着氧化程度增加,吸附性和润湿性增强;交流阻抗谱包括两个半圆和一条直线,高频半圆对应离子的吸脱附反应,低频半圆对应电化学反应,直线对应离子在溶液中的扩散过程.随石墨毡氧化程度的增加,低频半圆显著减小,通过等效电路拟合及动力学参数计算,发现电荷传递电阻显著减小.

钒电池电极材料聚丙烯腈石墨毡的研究

介绍了聚丙烯腈基石墨毡的热性能,并通过交换电流和交流阻抗实验,得出550℃是石墨毡最佳的热处理温度。将在550℃恒温2h处理过的石墨毡电极组装的静止型钒电池,库仑效率达90%以上。

全钒液流电池用聚丙烯腈石墨毡电极研究

利用循环伏安法研究了聚丙烯腈石墨毡在经浓硫酸处理5h后又在450℃条件下恒温2h的电化学性能。结果表明,在硫酸氧钒的酸性溶液中,处理后的电极具有较好的电化学性能。对于负电对V2+/V3+,△Ep从0.31V降为0.11V,表明处理后的聚丙烯腈石墨毡电极对于负电对具有电化学可逆性,而对于正电对VO2+/VO2+在该电极上却是电化学不可逆的。通过扫描电镜(SEM)图可以看出石墨毡电极表面在处理后除去了表面污染物和一些可能抑制反应的限制层,使表面变得光滑。在不同VOSO4及H2SO4浓度的试验中发现处理后的电极在高浓度的电解液中具有良好的性能。

全钒液流电池石墨毡电极酸、热处理方法的对比

为提高石墨毡电极的反应活性,研究影响电极反应活性的关键因素,对石墨毡分别进行了热处理和酸处理。通过极化曲线、循环伏安和交流阻抗考察了石墨毡处理前后以及不同处理方法的抗腐蚀性和电化学性能;并采用XPS、SEM测试研究了处理前后及不同处理方法的石墨毡的表面结构、形貌的变化。实验结果表明:处理后的石墨毡抗腐蚀增强,电化学活性增强,且酸处理的效果较好;处理后的石墨毡纤维的结构遭到不同程度的破坏,导致电阻增大;处理后的石墨毡中C=OOH和C=O的含量增加,可确定其为电极反应活性提高的关键因素。

过渡金属氧化物修饰石墨毡阴极及电催化氧化性能测试

采用H2O2化学预处理石墨毡,并将过渡金属氧化物Ce O2负载到石墨毡上,制备出复合石墨毡阴极材料。研究结果表明H2O2处理可增加石墨毡的含氧官能团,改善表面亲水性,进而提高Ce O2的负载量,XRD分析表明石墨毡表面负载的Ce O2为萤石结构。电化学阻抗谱(EIS)和循环伏安曲线(CV)分析表明修饰后的石墨毡电荷传输阻力变小,氧化还原电流强度显著增强,活性表面积增大8倍,线性扫描(LSV)实验表明改性石墨毡在氧还原过程中具有较大的电流密度,是未改性前的8.5倍。采用改性石墨毡作为阴极,进行电芬顿催化降解甲基橙测试,20 min脱色率达到96.8%,与未改性石墨毡相比,去除率提高133.2%,显著提高了其电催化氧化性能。

羟基自由基对全钒液流电池石墨毡电极的性能影响

采用H2SO4和H2O2的分解产物羟基自由基,对石墨毡电极进行表面处理。循环伏安法和交流阻抗测试显示,处理后石墨毡的阴阳极峰电流分别提高160.96%和120.24%,极化反应电阻从74.95Ω.cm2显著降低至18.92Ω.cm2。红外光谱测试表明石墨毡处理后表面含有大量含氧亲水基团,拉曼光谱测试结果显示处理后石墨毡的石墨化度降低,进一步证明了石墨毡电极表面受到了不同程度的氧化。X射线光电子能谱测试显示石墨毡处理后的含氧量提高0.58%,定量地证明了红外光谱和拉曼光谱的测试结果。采用自制静态单电池对石墨毡电极进行测试,处理后石墨毡的充放电容量分别提高37.04%和22.22%,表明该方法处理石墨毡电极能够显著提高全钒液流电池性能。

电化学氧化改性石墨毡电极对VO^(2+)/VO_2^+电对的催化活性

采用循环伏安和恒流充放电试验研究了电化学氧化改性石墨毡对VO2+/VO+2电对的催化活性,并利用XPS、FT-IR、SEM、BET对改性前后石墨毡碳纤维表面O/C、官能团变化、形貌和比表面积进行比较。结果表明,电化学处理后,石墨毡表面的O/C比例由0.085增加至0.15,增加的主要是C OOH官能团。石墨毡碳纤维表面被刻蚀,比表面积有所增大。采用改性的石墨毡作为电极组装的全钒液流电池在50mA/cm2电流密度下,电压效率达75.99%,电流效率达96.79%,经多次循环性能稳定。电极活性的提高归因于碳纤维表面C OOH官能团数目的增加和比表面积的增大。

全钒液流电池用石墨毡电极材料的电化学处理

研究了用电化学氧化法处理石墨毡电极并用于钒电池的性能,用正交试验法考察了电化学氧化处理的最佳工艺参数。采用处理后的石墨毡电极和国产离子交换膜组装成电池,在30mA/cm2下充放电,电压效率可达85%,能量效率可达95%,且循环性能稳定,与同种材料用酸及热处理得到的石墨毡电极对比性能优越。电化学氧化后的石墨毡作钒电池正极的效果优于负极。

石墨毡电极预处理模拟邻甲酚废水

采用聚丙烯腈基石墨毡电极,以NaCl为电解质,在恒流电解的条件下,对质量浓度为1 000 mg/L、COD=3 672 mg/L的模拟邻甲酚废水进行预处理。研究了电解时间、初始废水pH、NaCl加入量、电流密度对邻甲酚去除率的影响,考察了废水的COD变化,并探讨了反应机理。实验结果表明：石墨毡电极具有较好的导电性、吸附性,对邻甲酚具有较好的电化学氧化性能;常温常压下,初始废水pH为6~7、电流密度为90 A/m2、向300 mL废水中加入0.5 g NaCl时,经4 h电解,邻甲酚的去除率达到97.1%,COD的去除率达到47.3%;处理后废水的BOD5/COD由0.04提高至0.33,可不经稀释直接进行生物处理。

V(Ⅳ)/V(Ⅴ)电对在石墨毡电极上的反应机理

采用循环伏安、极化曲线和交流阻抗三种电化学实验方法研究了V(Ⅳ)/V(Ⅴ)电对在石墨毡电极上的反应机理及其可能的速度控制步骤。研究结果表明:V(Ⅳ)/V(Ⅴ)电对在石墨毡电极上的反应属准可逆过程,且氧化过程包含有后置化学转化步骤;理论计算得到了电化学步骤和后置化学转化过程分别为控制步骤时的Tafel斜率值为0.12和0.06,实验得到的Tafel斜率值为0.124,表明电极氧化过程受电化学过程控制;不同极化电位下的交流阻抗图谱拟合结果表明,电化学反应阻抗值远大于其他阻抗值,说明电化学反应可能是电极反应的控制步骤,与实验得到的极化曲线分析结果相一致。

全钒氧化还原液流电池用石墨毡电极的稳定性

为了探究全钒氧化还原液流电池用石墨毡电极的稳定性,采用循环伏安、质量分析法、SEM和充放电实验研究了石墨毡的电化学性能、质量及形貌的变化。研究结果表明:实验选用的石墨毡电极在实验时间内因氧化而发生失重,同时吸附电解液,使电极质量随时间变化呈先减少后增加的趋势。但是,石墨毡的电化学性能仍然保持稳定,单片电池的能量效率及库仑效率维持在80%与96%左右。

全钒液流电池用石墨毡研究进展

全钒液流电池的多种电极材料中,石墨毡作为电极材料综合性能最优,但仍然需要进行活化增强其性能。简述了全钒液流电池用石墨毡活化处理的基本原理,综述了国内外石墨毡的各种活化处理方法的研究进展,介绍了常用的热处理、酸处理、电化学处理等活化方法的特点及活化处理方式,并对石墨毡活化改性未来的发展方向进行了展望。

Fe/Cr液流电池用PAN基石墨毡电极改性研究

采用SEM、FTIR检测手段研究石墨毡于550℃在空气中氧化后纤维表面形貌以及官能团含量的变化。结果表明:550℃氧化处理5 h的石墨毡,比表面积显著增大,表面的-COOH和-OH官能团数目增多。处理后的石墨毡组装成电池后,于60 m A/cm2充放电电流密度下进行充放电测试,电池的性能明显提高,平均电流效率达到94.60%,平均电压效率达到85.36%,平均能量效率达到80.75%,多次充放电测试表明,循环性能稳定;I-V测试表明,电池的充放电内阻明显降低。

蒽醌修饰石墨毡阴极催化活性研究

采用浸渍法制备蒽醌修饰石墨毡催化阴极,通过SEM、XRD等表征手段分析其微观形态,并通过电化学降解酸性红B与石墨毡阴极进行蒽醌催化活性的研究。结果表明:石墨毡和蒽醌石墨毡均具有较好的空间和表面结构,蒽醌修饰石墨毡上存在较均匀的蒽醌晶体;蒽醌物质的存在可提高酸性红B的电化学降解效率;当以Ti/RuO_2-IrO_2为阳极,电流密度为86 m A/cm2、Na_2SO_4浓度为0.02mol/L、极板间距为1 cm、初始pH为5.0,电解30 min,蒽醌修饰石墨毡为阴极时酸性红B的去除率达97%,比相同条件下以石墨毡为阴极时酸性红B的去除率高出约10%;同时,蒽醌修饰石墨毡为阴极时,电化学降解酸性红B的降解动力学近似符合一级动力学。

钒电池用石墨毡电极材料性能比较研究

通过对几种国产石墨毡电极材料密度、电解液吸湿率、电阻率等参数进行测试,分析比较了石墨毡的这些参数对用做电极材料的性能的影响以及用于钒电池电极材料的可行性。通过对选择的两种石墨毡进行组装电堆试验,比较了所组装电堆的充放电曲线和电堆的性能参数,选择了最能适合钒电池电极材料的国产石墨毡。

Fe/Co氧化物修饰石墨毡阴极电Fenton法降解卡马西平研究

为了提高石墨毡阴极材料的产H_(2)O_(2)效率,采用浸渍法和化学沉淀法制备了Fe/Co氧化物修饰石墨毡阴极,并通过扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射分析仪(XRD)和X-射线光电子能谱仪(XPS)对其微观形貌及结构进行表征;然后以制备石墨毡为阴极和钛板阳极构建电Fenton体系,进行卡马西平(CBZ)的降解试验研究,考察电流密度、溶液p H值和Fe^(2+)浓度对降解CBZ的影响;通过自由基淬灭试验和CBZ降解产物分析,初步探讨其降解机理。结果表明:Fe^(3+)与Co^(2+)浓度比为1∶3时,制备的修饰石墨毡电催化活性最高;在曝气量为500 m L/min的条件下,150 min内H_(2)O_(2)积累量达到15.30 mg/L,约为未改性石墨毡阴极产H_(2)O_(2)效率的4.6倍;在电流密度为50 A/m^(2)、Fe^(2+)浓度为0.5 mmol/L、p H值为3.0、曝气量为100 m L/min的条件下,反应150 min时对初始浓度为20μmol/L CBZ的溶液降解率为87.5%。Fe/Co氧化物修饰石墨毡阴极电Fenton法对CBZ的降解主要为阳极氧化和电化学氧化共同作用的结果,阳极氧化的降解作用占41.4%,电化学氧化降解作用占39.1%。降解过程中产生的主要自由基是·OH和·O_(2)^(-),CBZ的降解转化主要基于羟基化反应和酰胺基的裂解作用。