论文总字数：25441字

摘 要

利用化学电源进行蓄电储能，可以不受地理条件限制，有望实现大规模储能，

具有重大社会经济价值。氧化还原液流电池是一种大容量的储能电池，是为电网调峰而积极研制开发的电池体系，也可以与风力发电机、太阳能电池相配套。

液流电池是适合规模储能的化学电源体系，是电池技术的重要研究方向。本论文探究了正极材料、电解液氢离子浓度、充放电电流密度、对甲基磺酸铅液流电池在充放电过程中氧化还效率的影响。本论文采用甲基磺酸铅溶液为电解液的全铅液流电池，通过不同的正极材料、电解液氢离子浓度、充放电电流密度作为变量，考察石墨、石墨/聚合物、石墨毡、玻璃碳作为正极材料，不同氢离子浓度的电解液中，不同充放电电流密度的情况下，通过循环伏安法(CV)、恒流充放电电化学测试手段表征其电化学性能。结果表明：相较于石墨/聚合物、石墨毡、玻璃碳，石墨具有最佳的充放电能量效率。在0.4 M、0.6 M、0.8 M、1.0 M的氢离子浓度中1.0M氢离子浓度电池能量效率最高。在10、20、30、50mA/cm²的充放电电流密度中30mA/cm²的组具有最高能量效率。

关键词：全沉积型液流电池 甲基磺酸铅 浓度

The efficiency evaluation of lead methanesulfonate liquid battery in the process of charging and discharging

Abstract

Battery energy storage using chemical power supply.It can not be restricted by geographical conditions and was expected to achieve large-scale energy storage and had both significant social and economic value. Oxidation also influented flow cell being a kind of large capacity storage battery,which was actively researching and developping for power grid peak shaving system.It could also be matching with wind power generation,solar power.

Flow battery was suitable for scale energy storage system of chemical power source.It was an important research in battery technology. This paper explored the electrolytic liquid hydrogen’s concentration by cyclicing voltammetry(CV) and constant current charge-discharge electrochemical characterization of the electroche -mical performance test. Results showed that compared with G/P; GC; GF; G had the best charge and discharge energy efficiency. At 0.4 M, 0.6 M ,0.8 M, 1.0 M H , the battery energy efficiency of 1.0 M H was highest. In 10,20,30,50 mA·cm^-2 of the charge and discharge current density in the group,the highest energy efficiency was the 30 mA·cm² one.

Keywords: Lead methanesulfonate; Liquid flow battery based on deposition reaction;

Electrochemical oxidation

目录

摘要 I

Abstract II

目录 i

第一章 文献综述 1

1.1液流电池概述 1

1.1.1 液流电池与储能技术..........................................................................1

1.1.2 液流电池的特点 2

1.1.3 液流电池的研究现状 2

1.1.4 液流电池的优势 3

1.2 铅酸液流电池的原理及特点 4

1.3电极材料 6

1.4实验目的和内容 7

第二章 实验部分 9

2.1实验方案 9

2.2实验设备 10

2.3实验过程 11

2.3.1 各类电极的的制备及前处理 11

2.3.2 电解液的配置 11

2.3.3 循环伏安测试 11

2.3.4 恒流充放电测试 13

第三章 结果与讨论 15

3.1正极电极材料对PbO₂/Pb(II)体系氧化还原活性影响 15

3.1.1循环伏安结果 15

3.1.2充放电结果 18

3.1.3充放电结束负极表面照片 20

3.2 氢离子(H )浓度对PbO₂/Pb(II)体系氧化还原活性影响 21

3.2.1循环伏安结果 21

3.2.2充放电结果 23

3.3充放电电流密度对PbO₂/Pb(II)体系氧化还原活性影响 26

第四章 结论 29

参考文献 30

致谢 33

第一章 文献综述

1.1液流电池概述

1.1.1 液流电池与储能技术

能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础，煤炭、石油、天然气是当今世上主要的三大化石能源。而随着经济不断发展，必然引起石油、天然气、煤炭等非可再生资源枯竭和环境污染等问题^[1]。我国已探明的上述三大化石能源的可开采量和可开采年限远远低于世界平均水平。尽管在未来相当长一段时间内可能还会不断有新探明的化石能源 ，但是世界范围内化石能源资源短缺不可避免，能源资源和能源安全问题必将日趋严峻。另外，随着化石能源的大量消耗，生态环境不断恶化，特别是温室气体排放导致日益严峻的全球气候变化，人类社会的可持续发展受到严重威胁。如何满足持续快速增长的能源需求和保护我们赖以生存的环境对能源科技发展提出了重大挑战^[2]。由此，新能源和可再生能源大规模经济利用与节能减排成为国家重要发展战略，在国家中长期科学和技术发展规划纲领中电能是一种使用方便的清洁能源，在社会生产和生活中占有极其重要的地位。预计到2030年，电能消耗占人类各种能源消耗量的比例由10%提高到50%。长期以来世界各国电力系统遵循着一种大电网、大机组的建设模式，按照集中输配电模式运行。随着电力需求量的日益增加，电力供需矛盾越来越明显， 电网可靠性、灵活性差，电能利用效率低的问题越来越受瞩目^[3]。

储能技术是可再生能源发电非稳态特性的重要手段，是解决电力系统供需矛盾，保证高效智能电网稳定运行的关键技术，在实现可再生能源的普及应用，解决国家能源资源安全问题、落实国家节能减排目标中有着重大的需求^[4]。

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