二维-三维杂化结构Ti_(3)C_(2)T_(x)/CF作为钒电池负极的性能研究

碳毡是目前应用最广泛的钒电池电极材料,但其应用于钒电池负极时表现出较差的电化学反应活性,严重制约了钒电池性能。针对该问题,采用湿法刻蚀制备了二维Ti_(3)C_(2)T_(x)材料,利用简单高效的物理浸渍工艺将其修饰在三维碳毡(CF)纤维表面,成功制备了高催化活性的二维-三维杂化Ti_(3)C_(2)T_(x)/CF负极材料。结果表明,负载了Ti_(3)C_(2)T_(x)的碳毡复合电极显示出更好的亲液性;比表面积达到7.8596 m^(2)/g,是空白碳毡的4.7倍;且表现出更优的电化学反应活性。以Ti_(3)C_(2)T_(x)/CF复合材料为负极的电池在200和300 mA/cm^(2)的电流密度下,相比以空白碳毡为负极的电池,其能量效率分别提升了5.8%和7.3%,具有更高的电池效率和倍率性能。

钒电池电堆和电解液适配性研究

钒电池作为一种清洁、高效的储能装置,发展潜力巨大,其中电堆、电解液是钒电池最重要的组成部分,直接关系到钒电池直流侧能量转化效率。但是目前市场上的钒电池电堆、电解液种类多、差异化大,造成部分钒电池储能项目能量转化效率性能不理想。通过对市场上成熟的电堆、电解液产品进行适配性测试,在额定恒功率模式、80%额定恒功率模式、140 mA/cm^(2)电流密度恒电流模式、170 mA/cm2电流密度恒电流模式四种充放电测试模式下进行分析,匹配出最佳的钒电池电堆、电解液组合,为电池电堆与电解液适配性研究提供参考。

钒电池电解液的电位滴定分析

介绍了全钒氧化还原液流电池(以下简称钒电池)电解液中钒价态的电位滴定分析方法。该法适用于钒电池电解液中V(Ⅱ)、V(Ⅲ)、V(Ⅳ)、V(Ⅴ)及总钒的测定。结果表明,所测各价态钒及总钒的相对标准偏差(N=6)均不超过2.09%,可满足钒电池电解液中钒价态的分析需要。

提高钒电池电解液的稳定性

为获得高比能量的钒电池电解液 ,在钒硫酸溶液中分别添加 2 %甘油和 2 %硫酸钠 ,提高了溶液中钒离子的溶解度和稳定性。利用循环伏安法测量含添加剂的钒硫酸溶液 ,得出溶液中少量的甘油和硫酸钠不会对钒氧化还原反应的可逆性产生不利的影响。用含甘油的钒硫酸溶液作为电池电解液组装钒电池 ,测量了电池的充放电性能 ,表明含 2 %甘油的钒硫酸溶液单位体积的电容量较大。

钒电池充电过程中钒价态及其变化的现场分析

钒电池是一种具有能充电放电性能的新型二次电池。该电池以硫酸氧钒(VOS0_4)作为电解质,在充电过程阳极半电池中V(Ⅳ)被氧化为V(Ⅴ),阴极半电池中V(Ⅳ)先被还原为V(Ⅲ),然后V(Ⅲ)进一步被还原为V(Ⅱ)。文中研究了用电位滴定对两个半电池中充电时钒价态变化进行测定的方法,并设计了分析装置,实现了分析V(Ⅱ)时的防氧化保护。试验表明,该分析法设备简单、操作简便,易于实现现场快速分析。通过测定,能及时了解电池充电过程中钒不同价态的定量转变情况及其与开路电压的关系,可有效地监测电池的充电效率。

钒电池电解液中不同价态钒的分光光度分析

采用先还原后络合的方法，利用草酸将V（V）离子还原并形成络合物，使得全钒氧化还原液流电池（钒电池）电解液的四种价态离子在紫外可见光范围内均具有不同的特征吸收峰。基于此建立了钒电池电解液中不同价态钒离子的光度分析方法，实现对钒离子定性、定量测定。不同价态钒离子标准曲线线性相关系数都大于0．999o，线性范围分别为0．326～2．445，0．326～2．445，0．7205．403，1．784～13．437g·L^-1，测定样品相对标准偏差（n=6）为0．594％～3．535％，满足钒电池电解液中钒离子价态分析的需要。

添加剂对钒电池电解液性质的影响

在含3 mol/L钒离子的钒硫酸溶液中分别加入碱金属硫酸盐、碱金属草酸盐以及有机物脲和甘油等添加剂,提高了电解液稳定性。探讨了添加剂影响钒硫酸溶液稳定性的机理。对含添加剂的钒硫酸溶液的电导率的测定表明,适量添加剂不会降低溶液的电导率,有些甚至稍有提高。对含有添加剂的钒硫酸溶液进行了循环伏安试验,表明添加剂的加入不会对钒硫酸溶液的电极反应产生不利影响。

导电塑料作为钒电池集流板的研究

以聚乙烯为基体、炭黑为导电填料制备导电塑料板,研究了该导电塑料板导电性、力学性能以及在钒电池电解液中的电化学行为。导电塑料板与铜网复合后与石墨毡组成复合电极作为钒电池的正负极,考察了经过试验电池反复充放电后导电塑料集流板导电性与表面形貌的变化。研究结果表明导电塑料板可以代替石墨用作钒电池的集流板。当钒电池正极存在析氧过程时,会造成导电塑料集流板中的碳流失。

CTAB作为钒电池电解液添加剂的研究

通过紫外-可见、扫描电镜、方波伏安、循环伏安、稳定性考察,研究了十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为钒电池电解液的添加剂对电解液的稳定性和电化学活性的影响,并对其机理进行了探讨.研究结果表明:电解液中CTAB胶束的季铵头部基团与五价钒作用,阻止五价钒的进一步聚合,从而抑制了五价钒的结晶.同时,添加剂在电极和电解液界面上,形成稳定的半球状颗粒,起到胶束催化V(IV)/V(V)氧化还原电对的作用.交流阻抗、充放电测试表明添加CTAB的电解液大大减小电荷传递电阻,使双电层电容增大一倍,提高电解液的电化学反应活性,这与CTAB的胶束催化相吻合.

含钒电池储能的微电网负荷优化分配

储能系统是微电网的重要组成部分,其对微电网的稳定性、经济性与安全性有着非常重要的影响。以含钒液流储能电池(vanadium redox flow battery,VRB)系统的微电网为研究对象,建立了含钒电池储能微电网多目标负荷优化分配模型。以某微电网为例,分析讨论了钒电池对微电网带来的经济效益,同时研究了运行模式、控制策略和优化目标中权重等诸多因素对微电网负荷优化分配结果的影响,验证了所建立模型的有效性。

基于贝叶斯正则化算法BP神经网络钒电池SOC预测

电池荷电状态(SOC)用于表征电池的剩余电量,是全钒液流电池的一个重要参数。在此介绍常用的钒电池SOC预测方法,并对比其优缺点。基于电池SOC的非线性特征,提出采用BP神经网络预测钒电池的SOC,并采用L-M优化算法以及贝叶斯正则化算法对网络进行优化。使用贝叶斯正则化改进的神经网络在对项目中全钒液流电池测试过程实时预测SOC。实验结果表明,采用贝叶斯正则化算法改进的神经网络能够提高SOC的实时预测精度,具有很好的实用前景。

钒电池储能系统的发展现状及其应用前景

全钒液流电池从1984年问世以来,经历了快速的发展并逐步走向商业化。由于其独有的优势,近年来在固定型储能系统上的应用得到了推广。概述了钒电池储能系统的发展历程及其研究现状,列举了澳大利亚新南威尔士大学(UNSW)、日本住友电工(SEI)、钒电池动力公司(VRBPower)建立的用于太阳能、风能储能及电站调峰、建筑物应急电源等不同场合的钒电池储能系统(VESS)。简要介绍了我国的钒电池研究现状,分析了钒电池对钒资源的需求,指出钒电池储能系统的大规模推广将会大力促进我国对再生能源的利用,优化钒资源的综合利用。

基于钒电池储能系统的风电场并网功率平抑控制

为平抑风电场输出功率波动,选择在风电场并网母线位置配置钒电池储能系统。采用双向AC/DC变流器作为钒电池储能系统的功率调节器并推导出其在d-q坐标系下的暂态数学模型。针对此数学模型强耦合、非线性等不利于控制器设计的特点,采用状态反馈精确线性化方法,将其转化为线性形式,再采用变结构原理中的变指数趋近律方法设计系统的闭环控制器。仿真结果表明,当风速快速变化时,钒电池储能系统能够通过快速充放电平抑风电场输出波动;而且与PI控制相比,变结构控制可使系统的动态性能更好。此外,钒电池储能系统具有有功和无功功率可以独立调节的特点,可实现风电功率的解耦控制。

普鲁士蓝对钒电池中V(Ⅴ)/V(Ⅳ)的电催化

用化学法制备了普鲁士蓝(PB)修饰电极,并研究了它对不同浓度钒溶液中V(Ⅴ)/V(Ⅳ)的电催化作用。循环伏安实验表明这种修饰电极对V(Ⅴ)/V(Ⅳ)的电催化性能较好,特别是对浓度为0.1mol/L、0.5mol/L、2.5mol/L的VOSO4溶液的氧化还原起正催化作用,并且这种修饰电极具有较好的稳定性。从循环伏安曲线上推测是普鲁士蓝自身的氧化还原反应催化了V(Ⅴ)/V(Ⅳ)的氧化还原反应。

钒电池充放电过程离子变化规律研究

采用电位滴定法测定了钒离子浓度,并与钒化学分析方法(GB)测定结果进行了对比。在此基础上,研究了钒电池在一定充电深度下充放电过程中正负极不同价态钒离子浓度变化规律。结果表明,在钒电池多次循环过程终态时,无论是充电状态,还是放电状态,正负极电解质中钒离子浓度变化规律一致,即正极V5+离子浓度随电池循环次数的增加而升高;负极V2+离子浓度随电池循环次数的增加而降低,并且这种失衡现象严重影响着电池的寿命和效率。因此,若想延长电池循环寿命,保证电池设计容量和效率,如何有效控制正负极电解质中V5+与V2+离子实际浓度与理论值相匹配是电池运行中的关键问题。

基于硫酸-盐酸混酸体系钒电池电解液的性能优化

为提高钒电池电解液的能量密度及宽温度区间稳定性,对基于硫酸-盐酸混酸支持电解质体系的电解液进行稳定性及电化学性能优化。对电解液进行钒离子及氯离子稳定性测试,发现在支持电解质配比为硫酸根浓度2.0~3.0 mol/L、氯离子浓度6.0~6.4 mol/L时,电解液钒浓度可达2.4 mol/L且四种价态的电解液均可在-20~50℃稳定存在10 d以上且可以有效避免氯化氢挥发。对稳定性优化后的电解液进行循环伏安及交流阻抗测试,发现在钒浓度为2.2 mol/L、硫酸根浓度为2.75 mol/L、氯离子浓度为5.8 mol/L时,电解液的电化学性能最佳。对浓度组成优化的电解液进行充放电测试,发现电解液可以在-20~50℃及40~80m A/cm^(2)稳定运行,且能量效率可达75%。

电感耦合等离子体原子发射光谱法测定钒电池硫酸氧钒中钒和硫酸根

全钒液流电池是一种应用广泛的新能源技术,固体硫酸氧钒(VOSO4·nH2O,n=3~5)则是制备钒电解液的基础原料,钒及硫酸根含量及其比例关系决定着电解液乃至钒电池的品质,因此建立了电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定钒电池硫酸氧钒中钒和硫酸根的方法。优选了待测元素灵敏度适中的分析谱线,满足了同时测定钒电池硫酸氧钒中含量范围变化较大的钒和硫酸根的需要,并且优化了分析谱线的积分区域、同步背景校正区域等仪器检测条件,改善方法检测性能。以钒和硫酸根的混合标准溶液系列绘制校准曲线,使用基体匹配法消除基体效应的影响。方法中钒和硫酸根的测定范围分别为15.0%~30.0%和35.0%~50.0%;校准曲线线性相关系数大于0.9999。实验方法用于测定2个硫酸氧钒样品中钒和硫酸根,结果的相对标准偏差(RSD,n=11)小于0.50%;回收率为96%~104%。分别使用本法测定3个硫酸氧钒样品中钒和硫酸根,并与使用过硫酸铵氧化-硫酸亚铁铵滴定法测定钒、硫酸钡重量法测定硫酸根的结果进行比对,测定结果比较吻合。

SDS作为正极电解液添加剂对钒电池性能的影响

为优化钒电池正极电解液的性能,以十二烷基磺酸钠(SDS)作为钒电池正极电解液添加剂,研究不同质量分数的SDS对钒电池正极电解液的运动粘度、电导率、热稳定性以及电化学性能的影响.结果表明:正极电解液的运动粘度随添加剂质量分数的增大而逐步增大,而导电率随SDS质量分数的增加先增大至3%处的最大值372mS·cm-1后再减小;SDS可以延缓V5+离子在高温下的沉淀速度,SDS质量分数为3%时,V5+离子的热稳定性最好;扫速为50mV·s-1下循环伏安测试表明,含添加剂w(SDS)=3%的电解液氧化峰和还原峰电流最大,分别为163.8、142.2mA,电化学性能最佳;以w(SDS)=3%的电解液作为钒电池的正极电解液,电流密度为20mA·cm-1下50次充放电循环的平均容量比空白的提高50.2%,容量保持率和平均能量效率都优越于空白电池.

基于钒电池储能的光伏微电网并网运行控制技术

建立了包括光伏、钒电池(VRB)储能和能量管理系统的典型微电网结构,给出了基于VRB储能的微电网并网运行控制策略,分析了vRB建模及VRB储能系统在微电网并网运行过程中的控制作用。基于LCL滤波器的储能逆变器,采用三环控制策略,实现微电网瞬时功率调节的能力。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真软件验证控制策略和参数选择的正确性,并在搭建的实验平台上进一步论证了上述控制策略的有效性。