碳化鎢催化劑在全釩液流電池中的應用研究.pdf

1、自上個世紀90年代以來，全釩氧化還原液流電池（簡稱AVRFB）因為其放電穩(wěn)定、成本低廉、無環(huán)境污染等優(yōu)點，在科學界一直備受關(guān)注，是新型儲能電池領(lǐng)域研究的熱點。經(jīng)過研究者長期的不懈努力AVRFB的性能已經(jīng)有了明顯的改善。到今天為止，已經(jīng)應用于發(fā)達國家部分地區(qū)電網(wǎng)調(diào)峰系統(tǒng)和一些小型的儲能系統(tǒng)。然而由于電極材料和隔膜等的局限，AVRFB的開發(fā)仍遠遠達不到我們理想的要求，它距離大規(guī)模的實際運用還有一段漫長的道路要走。像我們所知道的一樣，影響AV

2、RFB性能最為關(guān)鍵的是電極材料、隔膜以及電解液的濃度，其中又以電極材料性能突破最為的緩慢。雖然像碳素類、金屬類等電級已經(jīng)廣泛用于AVRFB，但其性能缺陷卻阻礙了電池性能的發(fā)展。
　　 本論文以碳化鎢材料本身的物理化學特性為理論基礎，認為碳化鎢很可能在全釩氧化還原液流電池中具有良好的電催化活性和穩(wěn)定性。因此通過循環(huán)伏安、交流阻抗、電池充放電等電化學測試方法研究了三種不同粒徑的碳化鎢和經(jīng)過氮化氧化處理后的三種不同粒徑的碳化鎢作為電極

3、材料在AVRFB中的電化學性能，并與普通石墨粉制作成的電極性能對比，從而驗證碳化鎢作為AVRFB的電極的可行性。實驗結(jié)果表明:碳化鎢對不同價態(tài)的釩離子電對都具有電化學催化能力和強導電性，可以滿足AVRFB電極反應的需要，并且碳化鎢對V5+/V4+電對的氧化還原可逆性能很好，可以作為AVRFB電極材料，然而，碳化鎢電極的充放電性能比較差，很難滿足商業(yè)使用要求。因此，本論文中用50％的氰胺溶液在750℃高溫下對三種不同粒徑的碳化鎢進行了氮化

4、氧化處理，期望碳化鎢的分子結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，從而提高其充放電穩(wěn)定性和在酸性電解液中的抗腐蝕能力。循環(huán)伏安測試表明，經(jīng)氮化氧化處理后三種碳化鎢電極對應的V5+/V4+電對氧化還原峰電位和電位差都發(fā)生了變化。氮化氧化處理的碳化鎢電極的V5+/V4+電對的氧化還原峰電位之差約0.7V，而三種未經(jīng)氮化氧化處理的碳化鎢電極的V5+/V4+電對的氧化還原峰電位之差都約為0.85V。這說明通過氮化氧化處理后的三種碳化鎢電極的電化學反應動力學性能得到增強，

5、降低了極化。經(jīng)過50次循環(huán)伏掃描后，氮化氧化處理后的納米級碳化鎢對應的V5+/V4+電對的氧化還原峰電位和電流基本不發(fā)生變化，而石墨電極所對應的V5+/V4+電對的氧化還原峰電位隨著掃描次數(shù)的增加向兩側(cè)發(fā)生了嚴重偏移，對應的峰電流衰減很嚴重。這表明氮化氧化處理后的納米級碳化鎢電極在反應動力學、穩(wěn)定性和抗腐蝕性能力都明顯優(yōu)于石墨電極。另外，多次循環(huán)充放電實驗也進一步證明了，氮化氧化處理后的三種碳化鎢電極顯示出優(yōu)于石墨電極的充放電穩(wěn)定性和抗