钒氧化还原液流电池电解液研究进展

钒氧化还原液流电池(VRFB,简称钒电池)作为一种有前景的大规模储能形式受到了广泛关注。钒电池电解液是钒电池的关键材料,电解液的体积和浓度决定了钒电池的储能容量。钒电池储能系统钒电解液成本占比最高。本文综述了H_(2)SO_(4)-HCl、H_(2)SO_(4)-H_(3)PO_(4)、H_(2)SO_(4)-CH_(3)SO_(3)H等混合酸用作支撑钒电解液体系及VRFB电解液性能的研究进展,并重点指出了各电解液的特性及存在的问题。混合酸体系可以扩大VRFB的使用温度范围、提高钒浓度和体系的稳定性。在相同的温度和电流密度下,H_(2)SO_(4)-HCl体系具有最高的能量密度和能量效率。H_(2)SO_(4)-CH_(3)SO_(3)H体系改善了钒的氧化还原反应动力学,但增加了系统成本。钒在H_(2)SO_(4)-H_(3)PO_(4)体系中氧化还原反应的电子转移部分大大加快,H_(3)PO_(4)的加入的阻止了沉淀的形成。

全钒氧化还原液流电池电解液的研究进展

全钒氧化还原液流电池(全钒液流电池)适用于大规模和分布式新能源接入、智能电网等领域。电解液的成本对全钒液流电池的推广与应用有重要影响。从降低成本和提高稳定性两个角度,综述近年来全钒液流电池电解液的研究进展。降低成本方面,当前工业化制备电解液主要是联合使用化学还原法和电解法,下一步主要是萃取法;从提高稳定性角度出发,介绍添加剂提高正极电解液和负极电解液温度稳定性,以及采用不同支持电解质在提高电解液浓度稳定性方面的研究进展;最后,从工业化生产角度,对全钒液流电池电解液的研究进行分析和总结。

基于金属有机电解质的双相氧化还原液流电池

本文将一组金属有机电解质应用于双相氧化还原液流电池。该电解质由铁和联吡啶衍生物配体组成络合物,带有+2或+3价离子电荷,只溶于乙腈和3-戊酮等有机溶剂,但极不溶于水。特别是铁(II)-4,4’-二叔丁基-2,2’-联吡啶络合物的3-戊酮溶液在1.2V vs. SHE的电位下循环时表现出优异的电化学可逆性、动力学和稳定性。这是首次报道这些电解质有机溶液在氧化还原液流电池中的应用。

3.5价全钒液流电池用电解液研究现状与展望

全钒液流电池因其固有的安全性、长达十年以上的服役寿命、适应大规模应用及易于回收利用等优势,作为最具应用前景的大规模储能技术得到空前发展,预计到2030年国内全钒液流电池新增装机规模将达到93 GWh。钒电池主要由电解液、电堆和输送系统构成,电解液成本占电池总成本40%以上,其低成本高效制备技术是钒电池大规模商业化发展的关键。钒电解液的主要制备方法包括化学还原法、电解法、溶剂萃取法和离子交换法等。化学还原法是以V_(2)O_(5)和钒酸铵为原料经化学还原制备获得电解液的,工艺成熟,但存在还原剂残留和原料成本较高的问题;电解法工艺流程短,但整体能耗高,电解效率低;离子交换法和溶剂萃取法通常以含钒浸出液为原料,无需经过钒产品制备环节,但流程仍较为繁琐,且难以直接获得3.5价钒电解液。总结归纳了近年来3.5价钒电解液的制备方法,概括了各种方法的原理、工艺流程以及优缺点,以期为3.5价钒电解液制备新技术的开发提供参考。

全钒液流电池在储能领域的应用与展望

随着可再生能源发电量的迅速提高,快速增长的储能需求使全钒氧化还原液流电池逐渐成为行业的热点之一。虽然全钒液流电池存在能量效率低、成本高等问题,但是在储能领域应用前景广阔。从全钒液流电池的主要运行特点出发,分析和综述全钒液流电池运行中主要性能损失、经济性和环保性的研究现状,介绍全钒液流电池的应用现状及未来展望,为后续的工程应用研究决策提供参考。

浓硫酸活化五氧化二钒制备高浓度全钒液流电池正极电解液

全钒液流电池是大规模储能领域首选的化学储能技术之一。因电解液成本占比较高,通常采用成本相对较低的五氧化二钒作为原料来制备全钒液流电池电解液。针对五氧化二钒在硫酸中溶解度较小、直接使用硫酸溶解五氧化二钒难以制备出高浓度电解液的问题,本研究通过将硫酸与五氧化二钒进行升温活化处理,水溶后即可实现高浓度五价钒电解液的制备。采用XRD、Raman、FT-IR等手段对活化后固体的组成、结构和溶解过程进行分析。结果表明,在活化温度为180℃、活化时间为3 h、硫酸与五氧化二钒摩尔比为4时,五氧化二钒溶解质量分数高达98.5%,溶解的钒离子浓度高达3 mol·L^(-1)。硫酸与五氧化二钒升温活化后生成V2O_(3)(SO_(4))_(2),改变原有的五氧化二钒的结构,导致活化后的物质水溶时溶解性增加,并且溶解后的钒离子价态以V(Ⅴ)形式存在。溶液中高浓度的V(Ⅴ)离子会与SO_(4)^(-)络合反应生成VO_(2)SO_(4)^(-),同时溶液中VO^(+)_(2)也会发生聚合形成V_(2)O_(3)^(4+)、V2O_(4)^(2+)等多聚体。

全钒液流电池电解液的制备及性能优化进展

全钒液流电池以其本质安全等优点成为大规模长时储能的优选,电解液作为全钒液流电池的关键组成部分,对电池性能起着至关重要的作用。对全钒液流电池电解液产业化制备方法以及钒电解液性能优化之电解液支持体系与添加剂对电解液性能的影响进行综述。并指出,目前全钒液流电池电解液产业化制备方法以化学还原法和化学还原联合电解法为主,在钒电解液性能优化方面,混酸支持电解质体系优化,以及电解液添加剂的理论研究和经济分析,是今后产业研究者应重点关注的方向。

全钒氧化还原液流电池集流体的性能

用混炼法制备了以PP和SEBS共混物为基体材料、掺杂碳黑和碳纤维的高导电复合材料。用SEM、恒流充放电方法考察了复合材料的结构、形貌、力学性能及电化学性能。结果表明:导电介质在基体材料中高度分散,复合材料的体积电阻率小于0 1Ω·cm,组装的单体电池的充放电能量效率为84 5%。

全钒氧化还原液流电池的发展现状

简要介绍了全钒氧化还原液流电池的工作原理,并对钒电池的组成及其电解液的制备方法和钒电池的分类及市场前景进行了简明叙述。列举了钒电池在国外的商业化情况,并简要分析了国内外钒电池的发展过程和研究现状。中国风能、太阳能等可再生资源储量丰富,对环境友好的大容量存储电池需求迫切,因此认为近几年中国全钒氧化还原液流电池具有良好的发展前景,这将会极大促进中国钒资源的开发。

全钒氧化还原液流电池中电极材料的研究评述

全钒氧化还原液流电池是一种新型的蓄电池 ,较之传统蓄电池有许多的优点 ,本文介绍了钒电池中的两类电极材料 (金属类和复合类 )

炭材料在全钒氧化还原液流电池中的电化学活性

炭材料在全钒氧化还原液流电池(钒电池)中主要用作电极。由于传统炭材料对钒电对氧化还原反应的电化学活性较差,因此,对以石墨毡为代表的炭材料电化学活性研究成为钒电池电极研究的重要组成部分。研究从石墨毡电极改性和炭材料作为催化剂应用两方面详述炭材料在钒电池中的电化学活性研究现状,先介绍含氧官能团和含氮官能团对钒电对氧化还原反应的电催化作用,回顾碳纳米管和石墨烯两类新型炭材料在钒电池中的应用。对炭材料电化学活性的今后研究工作进行展望,通过对炭材料性构关系的全面了解和对碳电极上的钒电对电化学反应过程动力学的深入研究,才能为炭材料在钒电池中的实际应用奠定扎实的理论和应用基础。

全钒氧化还原液流电池用电极材料的研究进展

全钒氧化还原液流电池系统作为电化学系统现已在国外得到了很好的发展。本文归纳了全钒氧化还原液流电池电极的功能和性能要求,介绍了电极材料的研究进展情况,并提出了当前最有应用前景的电极材料及其结构。

全钒离子氧化还原液流电池电极活性物质的研究

介绍了以VOSO4 为原料 ,电解制备全钒离子氧化还原液流电池的正极活性物质V(Ⅴ )盐和负极活性物V(Ⅱ )盐 ,并用循环伏安法研究了它们在石墨电极上的电化学性质。结果表明 ,在硫酸溶液中 ,作为全钒电池的正极和负极V(Ⅴ ) /V(Ⅳ )和V(Ⅲ ) /V(Ⅱ )

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。

全钒氧化还原液流电池研究进展

全钒氧化还原液流电池(Vanadium Redox Flow Battery,VRFB)以其灵活、环保等特性,在储能领域备受关注。作为VRFB的重要性能指标,能量效率和能量密度一直是研究热点。介绍了用于提高能量效率的优化液流电池系统结构和用于提高能量密度的盐酸体系支持电解质,并分析了其影响机理。

全钒氧化还原液流电池电解液的研究

研究在40℃温度下,添加剂对全钒氧化还原液流电池电解液稳定性的影响.通过采用硫酸亚铁铵溶液对钒电池电解液进行电位滴定,定量分析钒电池电解液中不同价态钒离子的浓度;利用循环伏安曲线扫描,分析添加剂的引入对电解液电化学性能的影响.结果表明:温度40℃时,添加剂对五价钒溶液稳定性的影响次序为:尿素>硫酸钾>CTAB>草酸铵>草酸钠;添加剂对钒溶液氧化活性的影响为:草酸钠>尿素>硫酸钾>CTAB>草酸铵;对还原活性的影响为:草酸铵>草酸钠>硫酸钾>CTAB>尿素;对氧化还原反应可逆性的影响为:尿素>草酸钠>硫酸钾>CTAB>草酸铵.

全钒氧化还原液流电池一体化复合电极的研究

采用改性处理的聚丙烯腈基石墨毡和聚合物为基体的碳塑板制备得到了钒电池用一体化复合电极。研究表明,聚丙烯腈基石墨毡经过400～450℃、2h的热处理和98%浓硫酸中浸泡6h的酸处理后具有较好的催化活性。用以聚醋酸乙烯乳液占总原料的70%,而活性炭和石墨粉占30%(活性炭:石墨粉=1:1)的比例压制的碳塑板、改性处理后的石墨毡及不锈钢网组成一体化复合电极,循环伏安测试表明此一体化复合电极具有较好的电化学活性。

氮掺杂石墨毡对水系醌基氧化还原液流电池性能的影响

电极的性能是实现水系醌基氧化还原液流电池(AQRFBs)高能量效率的关键。本文采用尿素水热反应对石墨毡(GF)进行改性,同时研究了水热反应时间对氮掺杂石墨毡表面官能团和结构的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)、比表面积及孔隙度分析仪(BET)、拉曼光谱(Raman)和X射线光电子能谱(XPS)对改性电极的表面形貌、比表面积、碳缺陷、元素含量和表面官能团进行了表征。然后,通过循环伏安法、电化学阻抗谱和单电池循环对改性电极的电化学性能进行了研究。结果表明,氮掺杂提高了石墨毡的比表面积、亲水性和电导率。氮掺杂石墨毡(NGFs)具有优异的电化学催化活性和较低的电荷转移电阻。与GF相比,在100 mA·cm^(-2)时,电池负极使用NGF-6电极后,醌基氧化还原液流电池的能量效率提高了8.0%。

全钒氧化还原液流电池石墨棒电极的性能研究

采用不同品牌废旧电池中的石墨棒作为全钒液流电池的工作电极,考察其电化学性能。采用循环伏安法在同一扫描速度下,考察其耐压性能,结果显示5#D石墨棒电极能耐1.65 V电压;在同一扫描电位范围内,不同扫描速度下考察其大电流充放电性能,实验证明在0.20 V/s的扫描速度下仍能表现出较好的电化学性能;进行多次循环伏安测试,考察其循环性能,当扫描100次之后,5#D石墨棒电极的电流保持率仍高达95%以上。结果显示5#D石墨棒电极具有相对较好的电化学性能,适合作为VO2+/VO2+电极的正极材料。

铬铁氧化还原液流电池与其电极改性的研究

储能技术是大规模新能源应用的关键,是实现碳达峰、碳中和目标的重要途径。液流电池安全稳定,其中,铬铁液流电池成本更低且绿色环保,更适合大规模新能源储能。电池电极是发生电化学反应的主要场所,是铬铁液流电池的关键组件之一,其性能直接影响电池效率。综述了铬铁液流电池的发展历程和应用现状,总结了铬铁液流电池电极的材料选择和改性的研究现状。结合国内外相邻领域的研究态势,认为蓬松生物质材料改性碳材料电极有望成为该领域的研究热点。