异性元素对全钒液流电池钒离子电对的催化研究

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1、中图分类号：TQ152论文编号：2017304050UDC：密级：公开硕士学位论文异性元素对全钒液流电池钒离子电对的催化研究作者姓名：蒋英巧学科名称：化学工程与技术研究方向：材料电化学学习单位：华北理工大学学制:2.5年提交日期:2017年12月4日申请学位类别：工学硕士导师姓名：戴磊教授单位：华北理工大学化学工程学院何章兴副教授单位：华北理工大学化学工程学院论文评阅人：匿名单位：匿名单位：论文答辩日期：2018年3月2日答辩委员会主席：刘大成教授关键词：全钒液流电池；碳基类催化剂；异性元素唐山

2、华北理工大学2018年3月CatalysisofHeteroatomsforVanadiumIonRedoxReactioninVanadiumRedoxFlowBatteryDissertationSubmittedtoNorthChinaUniversityofScienceandTechnologyinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofScienceinEngineeringByJiangYingqiao(Che

3、micalEngineeringandTechnology)ProfessorDaiLeiSupervisor:HeZhangxingMarch,2018独创性说明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得华北理工大学以外其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。论文作者签名：日期

4、：2018年3月9日关于论文使用授权的说明本人完全了解华北理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：已获学位的研究生必须按学校规定提交学位论文，学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以将学位论文的全部或部分内容采用影印、缩印或编入有关数据库进行公开、检索和交流。作者和导师同意论文公开及网上交流的时间：□自授予学位之日起□自年月日起作者签名：导师签名：签字日期：2018年3月9日签字日期：2018年3月9日摘要摘要全钒液流电池系统具有响应快、设计灵活、安全环保等优点，已成为最

5、具潜力的储能系统之一。电极材料是该系统中的关键材料之一，为钒氧化还原电对提供反应场所。由于碳基类材料（如石墨毡等）具有低成本、高导电性、高稳定性等优点，已被广泛应用于钒电池中，但其电化学活性较差，限制了其商业化推广。为了提高电极的电化学性能，本文对异性元素掺杂碳基类催化剂对VO2+/VO+2氧化还原反应的影响进行了研究。1）用植酸作P源制备P掺杂碳纳米管，采用液相分散和高温热解，在不影响CNTs主体形貌的前提下，可使P原子均匀地掺入到CNTs碳层中。通过研究温度对碳纳米管P掺杂的影响，发现P掺杂

6、碳纳米管的电化学活性均显著增强，且800℃处理的样品电化学活性最高，CNTs-P8作为钒电池正极催化剂，可显著提高电池的放电容量和能量效率。2）以葡萄糖为原料，采用水热和高温煅烧两步碳化，得到碳微球（CMS-C），再分别以NH4Cl作为N源，(NH4)2HPO4作为N和P源，进行煅烧合成CMS-N和CMS-NP。N和P原子掺入碳微球的碳框架中，增加碳微球结构缺陷位点，改变碳微球表面电荷分布状态，为VO2+/VO+2氧化还原反应提供活性位点，提高碳微球电化学性能。而且电化学测试表明，碳微球电化学活

7、性顺序为：CMS-NP>CMS-N>CMS-C。此外，电池使用CMS-NP催化剂，可有效减小电池极化，提高电池能量密度。3）将水泡发的木耳进行水热处理，然后用KOH作为活化剂进行高温煅烧，制备出多孔碳材料（FDC-K），并引入含氧官能团。含氧基团可提高材料的亲水性，促进电极表面的传质过程，而且FDC-K具有较大的比表面积和较高孔隙率，可为VO2+/VO+2++2氧化还原反应提供更大的反应场所，因此，FDC-K可作为VO/VO2氧化还原反应的催化剂，且成本低，易获取，具有广大的应用前景。图32幅；

8、表8个；参87篇。关键词：全钒液流电池；碳基类催化剂；异性元素分类号：TQ152-I-华北理工大学硕士学位论文AbstractVanadiumflowbatterysystem(VRFB)hasbeenoneofthemostpotentialenergystoragesystems,withadvantagesoffastresponse,flexibledesign,andenvironmentallyfriendly.InVRFB,asoneofkeymaterials,electrode