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全钒氧化还原液流电池隔膜性能及改性研究

鲁丹  
【摘要】:本文围绕着钒电池隔膜的性能的比较和改性开展研究,对应用于钒电池阴、阳离子交换膜进行基本性能和电化学性能考察,筛选出比较适合应用于钒电池的离子交换膜进一步研究改性。主要内容如下: 本文首先对一些国产商业化阴、阳离子交换膜进行了评价,通过基本性能测试及在钒电池中电化学性能考察,比较阴、阳交换膜在钒电池中性能差异,研究各种商业性隔膜在钒电池中的适用性。几种国产膜中,阴离子交换膜显示出优异的电流效率,容量损失少;小电流密度下,阴离子膜表现出良好的能量效率,大电流密度下,阳离子交换膜性能更优。结论得出均相聚苯醚类阴离子交换膜(DF-a)具有良好的电化学性能和化学稳定性,较其它国产商业化隔膜更适用于钒电池,选择该隔膜进行下一步改性研究。 选用两种方法对离子交换膜进行改性,在阴离子交换基膜中引入阳离子交换基团,制备成两性离子交换膜,增强其在钒电池中应用性,其中聚全氟磺酸溶液改性后的隔膜具有更优异的性能。改性后隔膜较未改性隔膜的电流效率提高6.7%,能量效率提高3.2%。 水热改性制备的Nafion/TiO2复合膜具有优异的阻钒性能,相比于其它改性钒离子渗透的方法,未引入杂离子交换基团;在减小Nafion膜钒离子渗透同时,对隔膜基本性能影响微小。所改性制备的Nafion/TiO2复合膜应用于全钒氧化还原电池,其能量效率和电流效率都有所提高(在60 mA/cm2电流密度下,分别提高1.8%,2.5%),电池容量相比于未改性Nafion膜也有所改善。


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