锌空气液流电池正极三相反应界面的构筑
可再生能源发电具有不连续、不稳定的特性，为提高可再生能源利用率，急需开发配套的大规模储能技术。锌空气液流电池具有成本低、安全性高、能量密度高、稳定性好等优势，是最具应用前景的大规模储能技术之一。但锌空气液流电池的正极仍面临三相反应界面少，以及高充电电压导致的电极氧化、结构破坏等难题，从而导致电池的能量效率低、稳定性差。为解决这些问题，本论文对锌空气液流电池的正极三相反应界面的进行了设计与构筑，并在电池中评价其应用性能，具体研究内容及成果如下: 1.设计并构筑了具有梯度亲/疏水性三相反应界面的氧电极。针对氧还原反应与氧析出反应对三相反应界面亲疏水性要求不同，打破传统氧电极用聚四氟乙烯疏水剂和碳粉构筑气体扩散层，作为氧析出催化层支撑体的弊端，采用亲水性聚乙烯醇修饰气体扩散层，构筑了梯度亲/疏水性三相反应界面。研究表明，用梯度亲疏/水性扩散层可提高氧析出催化层利用率，强化氧气与氢氧根离子在三相反应界面的传递速率。使用设计的氧电极，在50mA cm-2的工作电流密度下，锌空气液流电池的充电电压降低了190mV，能量效率提高了6％，可以稳定运行超过100小时，性能无衰减。 2.为进一步提高电池的效率与稳定性，我们采用氢氧化镍制备了同时具有氧析出反应催化和气体扩散功能的新型“催化-扩散”层，以代替传统氧电极的氧析出催化层和气体扩散层，增大了电极的三相反应界面。在20mA cm-2的电流密度下，锌空气液流电池的充电电压降低60mV,能量转换效率提高到75％。同时得益于新型“催化-扩散”层的抗氧化腐蚀性和较低的充电电压，电池可连续稳定工作1100多个小时，稳定性远超采用传统氧电极的锌空气液流电池(70h)。解决了锌空气液流电池氧电极三相反应界面被高压氧化破坏的问题，大幅提升了电池的效率与使用寿命。
锌空气液流电池;正极材料;三相反应界面;电化学性能
北京化工大学
硕士
化学工程
程元徽;赵平
2020
中文
TM911;TM242
2020-11-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）