《離子液體在液流電池電解液中套用基礎研究》是依託清華大學，由謝曉峰擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：離子液體在液流電池電解液中套用基礎研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：謝曉峰
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
全釩氧化還原液流電池（VRB）是規模發電用蓄電技術之一，它是一種電解質為液體的蓄電池。由於正極V(V)在硫酸溶液中的不穩定性及低的溶解度，制約了VRB能量密度的提高，致使VRB存在一個極限能量密度。離子液體具有良好的化學穩定性、溶解能力、電化學視窗寬等特點，在製備高能量密度、高穩定性電解液方面具有潛在的套用潛力。本申請就規模化蓄電VRB能量密度低等問題進行套用基礎研究。通過了解充放電過程中釩離子的狀態及遷移變化規律，研究VRB電解液的組成、結構與離子液體的構效關係；研究提高比能量的離子液體的種類，考量離子液體對釩離子的電極反應機理、電化學行為和失控反應機理的影響，解析極化現象和分析性能衰減機制，考查庫侖效率、能量效率隨充放電流變化的規律。本申請在化石能源日趨緊張的今天，對可再生能源開發和利用將產生深遠影響。.該課題關於離子液體在液流電池電解液中套用基礎研究國內外尚屬空白。
結題摘要
全釩液流電池(VFB)是一種綠色環保的大規模儲能技術之一，電池結構簡單，更換和維修費用低；通過更換電解液可實現瞬間再充電；環境友好，是一種理想的綠色電池。VRB的正、負極反應均在液相中完成；它的功率和儲能容量獨立可調，電池的容量取決於電解液體積以及釩離子濃度，功率的大小取決於電堆的大小，提高釩離子的濃度和電解液的體積，就可以提高電池的儲能容量。但是，存在五價釩不穩定的致命的缺點。為了提高釩電池的能量密度和電池性能及壽命，提高釩離子的濃度，增大電解液的穩定性是釩電池發展的一個重要方向。離子交換膜是釩電池的關鍵材料之一，它的作用是分隔正負極電解液和選擇性透過離子。釩電池用離子交換膜需要具備離子傳導率高、穩定性好、壽命長及成本低的特點。目前，通用的Nafion膜具有質子傳導率高、化學穩定性好等優點，是通用的釩電池用離子交換膜。但是，Nafion膜的阻釩性能差而導致自放電，嚴重地降低了釩電池的性能。離子液體是一種由陰陽離子所組成的鹽。大多數離子液體在較寬的溫度範圍內呈液態，電化學視窗寬,當其用在電池中時，可以有效地擴大電池的使用溫度範圍；溶解性能良好，可以溶解大多數無機物、有機物，同時還可增強某些物質的溶解性；在高溫下物化性能穩定，不可燃。我們利用離子液體的這種特殊性質，就離子液體在VRB中的套用進行了以下研究： （ 1） 將離子液體作為反應物之一, 用帶有羧基的離子液體與還原後磺化聚醚醚酮（SPEEK）的羥基發生酯化反應，將離子液體接枝到聚合物鏈上進行改性製成複合質子交換膜, 複合膜的溶脹度和吸水率比改性前小，而質子傳導率大，表現出比SPEEK膜更好的熱穩定性，且隨著接枝程度的增加，複合膜的熱穩定性在一定溫度範圍內呈現一定的增大趨勢，有望用於VRB中取代常用的Nafion膜； （ 2） 採用三種不同的離子液體作為添加劑，研究了VFB正極電解液中加入添加劑後的穩定性和電化學性能，並對其機理進行了一定的探討。實驗表明，添加這三種離子液體後，正極電解液的穩定性得到了明顯增強，特別是，1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽的加入，可以很好地抑制V5+沉澱，有效提高了釩電池正極電解液的穩定性。添加量為1.0%時，BMIMBF4可以很好的降低反應電阻和溶液電阻，提高電解液電化學反應活性，使得電解液的電化學反應活性和電池的充放電性能都得到了提高。
