全钒液流电池正极电解液优化及电极过程机理研究

admin · 发表于 2023-10-16 17:42:41

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雅宝题库解析：
本文以VOSO4作为全钒液流电池正极电解质，H2SO4作为支持电解液，采用电化学方法研究电解液成分、添加剂对于电解液性能的影响，获得了全钒液流电池正极电解液的最佳组成；并研究了电极过程机理，计算出相关动力学参数。首先，通过不同的VOSO4浓度与H2SO4浓度组合，研究电解液的溶解度，并采用ICP测试了电解液的饱和溶解度，3M H2SO4可以溶解2M VOSO4；采用X射线衍射研究了电解液析出沉淀物的物相，电解质为VOSO4的结晶水合物。利用循环伏安法、极化曲线法、交流阻抗法研究了2M V(IV)溶于不同浓度H2SO4的电解液，结果表明，H2SO4浓度低于2M，V(IV)/V(V)反应极化大，可逆性差；H2SO4浓度增至2M以上，V(IV)/V(V)反应的可逆性提高，峰电流提高，且增加H2SO4浓度有利于阻抗的降低；但H2SO4浓度超过3M，溶液的粘度和传质阻力大，阻抗反而增大。综合考虑电池的稳定性和电池的能量密度两个因素，V(IV)溶液的最佳浓度为2M，H2SO4浓度为3M。 2M VOSO4+3M H2SO4中加入碱金属盐和亲水性有机物两类添加剂，测试循环伏安曲线表明，亲水性有机物提高了溶液的稳定性，同时减小了氧化还原反应峰电流值；碱金属盐减小了峰电位差并提高了氧化还原反应的峰电流。最后，研究了V(IV)在铂电极上的氧化反应机理。低电流密度时电化学反应为控制步骤；高电流密度时扩散为控制步骤。提高V(IV)浓度可加快电极反应速度，支持电解液浓度增大使反应速度增大，反应电位降低。得出了2M VOSO4+3M H2SO4体系V(IV)氧化反应相关参数：反应的平衡电位Eq=0.7322V、极限电流iL=0.00378A、电化学传递电阻Rct=152.9491Ω•cm2、交换电流密度i0=7.025×10-3A•cm-2、电荷传递系数β=0.640、标准电极电位E0=0.85125V、标准反应速率常数k0=2.248×10-5cm•s。

全钒液流电池正极电解液优化及电极过程机理研究

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