【摘 要】
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全球能源和环境发展问题日益突出,促使各国在推进节能减排、探索发展可再生能源方面不断努力。可再生能源的应用存在间歇性、分散性等不稳定因素,规模化蓄能为能源稳定、深度利用提供了解决方案。在众多规模化蓄能技术中,电化学储能技术优势突出,可提高能源利用率,改善能源结构。因此,近年来在储能及规模化蓄电方面,液流电池储能发展迅速。本文通过关键材料的电化学性质深入研究了拟应用于储能锌碘液流电池的电解液。以不同摩
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全球能源和环境发展问题日益突出,促使各国在推进节能减排、探索发展可再生能源方面不断努力。可再生能源的应用存在间歇性、分散性等不稳定因素,规模化蓄能为能源稳定、深度利用提供了解决方案。在众多规模化蓄能技术中,电化学储能技术优势突出,可提高能源利用率,改善能源结构。因此,近年来在储能及规模化蓄电方面,液流电池储能发展迅速。本文通过关键材料的电化学性质深入研究了拟应用于储能锌碘液流电池的电解液。以不同摩尔比研发制备了11种常温液态多碘物质,筛选出适用于液流电池的多碘。首先制备了以碘化锌（Zn I2）为电解质的常规型电解液和3类优化电解液,3类优化策略分别为:1)在常规电解液基础上,用溴化锌（Zn Br2）作稳定剂;2)用碘化钠（Na I）替代Zn I2,再添加氯化锌（Zn Cl2）;3)用碘化钾（KI）替代Zn I2,Zn Br2作稳定剂,再添加氯化钾（KCl）作支持剂。然后由研究筛选出的多碘物质制备了新型电解液。多碘物质的热稳定性、密度和电导率等参数可以有效地影响电解液的工作温度范围和电池的性能,因此本文首先研究了制备出的多碘物质的理化性质。观察了新型电解液宏观液态流动特性,利用TG-DSC测试多碘物质的热稳定性,紫外光度法测定新型电解液中存在的多碘反应离子,采用中国国标中两种不同方法测定多碘物质的密度并研究了电导率。由上述结果选取热重性能大于150℃、密度较小、电导率较高和流动性较好的多碘物质制备为新型电解液,其具有不同的电化学优势。通过电化学工作站的循环伏安法（Cyclic Voltammetry,CV）、线性扫描伏安法（Linear Sweep Voltammetry,LSV）和电化学阻抗谱（Electrochemical Impedance Spectrum,EIS）,进一步研究了制备的常规型电解液,3类优化电解液和新型电解液体系的电化学性能。并对不同浓度制备出的共28种电解液进行了研究,获得了一些改变单因素条件对电化学性能的影响结果。CV研究表明,5类电解液体系表现出不同的循环机理。3类优化体系和新型体系循环性能均优于常规体系,且新型电解液经过50次循环伏安实验后,循环曲线未见明显变化。LSV结果表明,不同体系的实验曲线峰型不同,可以确认制备的多碘物质和新型电解液中反应物质丰富。改变单因素条件研究发现,常规体系和优化电解液体系的电极过程受扩散控制,新型电解液体系主要受动力学控制;所有体系的峰电流与峰电势表明,电解液峰电流和峰电势的增加趋势受浓度影响比扫速影响更大。活性物质浓度增加后,优化电解液体系阴极极化电阻均减小,并低于常规电解液体系,即3类优化电解液体系更易产生电化学反应,因此具有更好的电化学稳定性;新型电解液体系极化电阻平均降幅为22.90%,电化学反应稳定性较好。通过拟合等效电路阻抗谱的实验曲线评估等效电路元件,利用EIS技术研究了不同电解液体系的电化学动力学行为。结果表明,优化电解液中有2类电解液体系的电化学行为优于常规体系,新型电解液体系在双界面电荷电子传输能力方面阻值较大;单因素研究表明,体系浓度增加可增强扩散步骤控制的传质过程和电化学控制步骤的传荷过程。
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