碳化鎢催化劑在全釩液流電池中的應(yīng)用研究.pdf

1、自上個(gè)世紀(jì)90年代以來(lái)，全釩氧化還原液流電池（簡(jiǎn)稱AVRFB）因?yàn)槠浞烹姺€(wěn)定、成本低廉、無(wú)環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，在科學(xué)界一直備受關(guān)注，是新型儲(chǔ)能電池領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。經(jīng)過(guò)研究者長(zhǎng)期的不懈努力AVRFB的性能已經(jīng)有了明顯的改善。到今天為止，已經(jīng)應(yīng)用于發(fā)達(dá)國(guó)家部分地區(qū)電網(wǎng)調(diào)峰系統(tǒng)和一些小型的儲(chǔ)能系統(tǒng)。然而由于電極材料和隔膜等的局限，AVRFB的開(kāi)發(fā)仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到我們理想的要求，它距離大規(guī)模的實(shí)際運(yùn)用還有一段漫長(zhǎng)的道路要走。像我們所知道的一樣，影響AV

2、RFB性能最為關(guān)鍵的是電極材料、隔膜以及電解液的濃度，其中又以電極材料性能突破最為的緩慢。雖然像碳素類、金屬類等電級(jí)已經(jīng)廣泛用于AVRFB，但其性能缺陷卻阻礙了電池性能的發(fā)展。
　　 本論文以碳化鎢材料本身的物理化學(xué)特性為理論基礎(chǔ)，認(rèn)為碳化鎢很可能在全釩氧化還原液流電池中具有良好的電催化活性和穩(wěn)定性。因此通過(guò)循環(huán)伏安、交流阻抗、電池充放電等電化學(xué)測(cè)試方法研究了三種不同粒徑的碳化鎢和經(jīng)過(guò)氮化氧化處理后的三種不同粒徑的碳化鎢作為電極

3、材料在AVRFB中的電化學(xué)性能，并與普通石墨粉制作成的電極性能對(duì)比，從而驗(yàn)證碳化鎢作為AVRFB的電極的可行性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:碳化鎢對(duì)不同價(jià)態(tài)的釩離子電對(duì)都具有電化學(xué)催化能力和強(qiáng)導(dǎo)電性，可以滿足AVRFB電極反應(yīng)的需要，并且碳化鎢對(duì)V5+/V4+電對(duì)的氧化還原可逆性能很好，可以作為AVRFB電極材料，然而，碳化鎢電極的充放電性能比較差，很難滿足商業(yè)使用要求。因此，本論文中用50％的氰胺溶液在750℃高溫下對(duì)三種不同粒徑的碳化鎢進(jìn)行了氮化

4、氧化處理，期望碳化鎢的分子結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，從而提高其充放電穩(wěn)定性和在酸性電解液中的抗腐蝕能力。循環(huán)伏安測(cè)試表明，經(jīng)氮化氧化處理后三種碳化鎢電極對(duì)應(yīng)的V5+/V4+電對(duì)氧化還原峰電位和電位差都發(fā)生了變化。氮化氧化處理的碳化鎢電極的V5+/V4+電對(duì)的氧化還原峰電位之差約0.7V，而三種未經(jīng)氮化氧化處理的碳化鎢電極的V5+/V4+電對(duì)的氧化還原峰電位之差都約為0.85V。這說(shuō)明通過(guò)氮化氧化處理后的三種碳化鎢電極的電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性能得到增強(qiáng)，

5、降低了極化。經(jīng)過(guò)50次循環(huán)伏掃描后，氮化氧化處理后的納米級(jí)碳化鎢對(duì)應(yīng)的V5+/V4+電對(duì)的氧化還原峰電位和電流基本不發(fā)生變化，而石墨電極所對(duì)應(yīng)的V5+/V4+電對(duì)的氧化還原峰電位隨著掃描次數(shù)的增加向兩側(cè)發(fā)生了嚴(yán)重偏移，對(duì)應(yīng)的峰電流衰減很嚴(yán)重。這表明氮化氧化處理后的納米級(jí)碳化鎢電極在反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、穩(wěn)定性和抗腐蝕性能力都明顯優(yōu)于石墨電極。另外，多次循環(huán)充放電實(shí)驗(yàn)也進(jìn)一步證明了，氮化氧化處理后的三種碳化鎢電極顯示出優(yōu)于石墨電極的充放電穩(wěn)定性和抗