沉积型电极在流动酸性电解液中电化学性能的研究.ppt

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1、Cu/Cu2+沉积型电极在流动酸性电解液中电化学性能的研究研究背景实验部分结果与讨论结论主要内容能源危机→可再生能源：蓄电需求迫切!稳定可再生能源发电电网调频、调幅电网调峰UPS及应急电站1.研究背景液流电池(RedoxFlowBattery)：1970年代由美国NASA的支持成为研究热点，其反应发生在惰性集电极上(理论寿命受制于基体电极)，活性物质主要储存在电解液中(或需要电解液携带)；结构可分为三个层次：单体(Cell)、电堆(Stack)和系统(System)。按电解液数目分类：双液流电池；单

2、液流电池。Fe2+/Fe3+-Cr2+/Cr3+Fe2+/Fe3+-Ti3+/Ti4+VO2+/VO22+-Sn2+/Sn4+VO2+/VO22+-Cu/Cu2+Br3-/Br2-Zn/Zn2+VO2+/VO22+-V2+/V3+~1970~1980NiOOH/Ni(OH)2-Zn/ZnO22-PbO2/Pb2+-Pb/Pb2+~2004液流电池简介①充放电循环寿命长;②可靠性高;③无排放和噪音;④不受地理位置的限制;⑤建设期短;⑥运行和维持费较低;⑦与其它比较，性价比和安全性有优势.优点：液流电池

3、典型代表－全钒液流电池(VRB)VRB的规模示范应用已建成兆瓦时液流蓄电系统美加利福尼亚空军基地(30kW)钒价居高不下；使用离子交换膜等昂贵材料；钒离子互渗、水迁移严重基本原理日本北海道(4MW*1.5h)Pb/Pb2+—Pb2+/PbO2单液流电池E0＝1.586VE0=-0.146V结果：平均放电电压：1.55V左右；正极充电易产生氧气；平均能效~65%（20mAcm-2）正极反应：负极反应：无膜的单液流电池应运而生Phys.Chem.Chem.Phys.,2004,6,1779–1785Cu

4、/Cu2+—PbSO4/PbO2单液流电池正极反应：PbO2+4H++SO42-+2e-＝PbSO4+2H2O1.685V负极反应：Cu-2e-＝Cu2+0.337V平均放电电压为1.29V；循环450次未见衰减；2008年，潘军青等提出铜铅单液流电池新体系但Cu沉积电极极化大研究Cu在硫酸溶液中沉积溶解的动力学特征探讨提高Cu电极电化学性能的途径。2.实验部分用循环伏安、线性极化和恒流充放电研究了铜沉积/溶解的电极过程，并用CambridgeS-360型扫描电子显微镜(SEM)观察沉积铜的形貌。仪

5、器：Solartron1280z电化学工作站。CambridgeS-360型扫描电子显微镜电解液：不同浓度H2SO4的CuSO4溶液。三电极体系：辅助电极：大面积铅片电极，参比电极：Hg/Hg2SO4电极，工作电极：面积为0.25cm2的石墨3.结果与讨论H2SO4浓度的影响铜沉积/溶解的动力学测试循环伏安测试单电极充放电测试CuSO4浓度和温度的影响铜沉积/溶解的动力学测试(25ºC)含0.6MCuSO4的硫酸溶液中，线性极化得到铜在石墨电极上沉积/溶解的Tafel曲线。扫速：1mVs-1CH2S

6、O4/M1.01.52.02.53.0Ba/mVdec-160.564.351.953.853.8Bc/mVdec-169.185.376.861.963.5I0/Acm-21.96×10-32.84×10-32.88×10-33.36×10-33.00×10-3Eo(vs.Hg/Hg2SO4)-0.40-0.406-0.413-0.410-0.410α0.430.350.380.480.46铜沉积/溶解动力学参数表(Tafel曲线)循环伏安测试电解液流动的条件下，铜在含0.6MCuSO4的不同H2

7、SO4浓度溶液中石墨电极上的循环伏安曲线，扫速：10mVs-1累积电量－时间曲线由铜在石墨电极上的循环伏安曲线得到的累积电量－时间曲线扫速：10mVs-194.3%93.4%91.4%流动的含0.6MCuSO4的硫酸溶液中，铜在石墨电极上以20mAcm-2的电流密度沉积1.5小时的SEM图像H2SO4浓度对铜沉积形貌的影响1MH2SO41.5MH2SO42.0MH2SO43.0MH2SO42.5MH2SO4单电极充放电测试流动电解液中，铜在室温下石墨基体上沉积/溶解的充放电曲线随H2SO4浓度的变化

8、，电流密度：20mAcm-22.5MH2SO40.6MCuSO420mAcm-2Cu-H2SO4-PbO2典型的充放电曲线正极：PbSO4/PbO2负极：石墨上Cu/Cu2+电极面积：2.02.0cm225ºCCH2SO4/M1.01.52.02.53.0Coulombicefficiency/%94.295.795.596.194.8Voltageefficiency/%65.470.867.373.372.9Energyefficiency/%61.667.76