基于液相氧化還原反應(yīng)的電化學(xué)儲能體系.pdf

1、基于薄液層儲能的超級電容器是一種新型的液相儲能裝置,具有充放電速度快、循環(huán)壽命長、價格低廉等優(yōu)點。由于電化學(xué)活性物質(zhì)在液相中的傳質(zhì)速度比固相中快很多,其擴散系數(shù)一般在1.0×l0-7 cm2/s以上,當(dāng)溶液層的厚度小于10μm,大部分活性物質(zhì)在10 s內(nèi)就能到達電極表面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),從而實現(xiàn)普通化學(xué)電源所不具備的高功率。
　　 為防止正負(fù)極活性物質(zhì)交叉污染,液相儲能電池體系需使用選擇性離子交換膜,離子交換膜價格昂貴,且具有較高

2、的膜電阻,降低電池能量轉(zhuǎn)化效率。無隔膜液相甲磺酸鉛電池正負(fù)極電解液使用單一的甲磺酸鉛溶液,避免了離子交換膜的使用,從而使生產(chǎn)成本大大降低,且電池結(jié)構(gòu)簡單、安全性高,但是液相甲磺酸鉛電池的研究尚處于起步階段,有很多問題需要探討。
　　 本論文的研究工作主要集中在以下幾個方面:
　　 (1)通過理論計算討論了薄液層超級電容器快速充放電性能與薄液層厚度及擴散系數(shù)之間的關(guān)系。利用SU8光刻技術(shù)制備了厚度10μm左右的薄液快速反應(yīng)

3、區(qū)。
　　 (2)采用氧氣等離子體對石墨板電極表面進行處理,使石墨板表面實現(xiàn)了氧和含氧官能團的摻雜,提高了Ⅴ(Ⅳ)/Ⅴ(Ⅴ)電對的電化學(xué)活性。其中氧氣等離子體處理20 min電極的活性最好,8 mA/cm2電流密度下恒流充放電,其庫侖效率達到91％,比未處理電極的庫侖效率提高了19％。
　　 (3)研究VO2+/VO2+和Fe(CN)63-/Fe(CN)64-氧化還原電對在厚度10μm的薄液層反應(yīng)區(qū)快速放電的倍率性能。在

4、小電流充電大電流放電情況下,VO2+/VO2+氧化還原電對在1059 C的放電倍率下,其容量可以保持45 C的64.2％,1059 C的放電倍率下,比能量為21.23 Wh/L,比功率為13739.5 W/L。Fe(cN)63-/Fe(CN)64-氧化還原電對在4186 C的放電倍率下,其容量可以保持理論容量的76.4％。
　　 (4)對無隔膜液相甲磺酸鉛電池體系,十六烷基三甲基氫氧化銨作為添加劑對鉛枝晶的形成有抑制作用;電極表