论文部分内容阅读
论文围绕钒电池用碳纸电极材料的表面改性,着重对碳纸进行了酸、热改性研究;探讨了正极电对Ⅴ（Ⅳ）/Ⅴ（Ⅴ）在碳纸电极上的反应机理;研究了钛网用集流体电池的电性能并对电池结构进行了改进,主要内容如下:采用红外光谱和扫描电镜等手段研究了浓硫酸处理前、后碳纸的表面结构和形貌的变化。并对酸处理碳纸的电化学性能进行了详细研究。结果表明酸处理后,碳纸表面有-COOH官能团生成,其电化学活性增强。酸处理后的碳纸电极组装成的动态电池在电流密度30 mA·cm-2时有良好充放电性能,平均电流和电压效率达到96.2%和84.5%。采用红外光谱、比表面检测手段研究了碳纸435℃热处理前后的表面结构和比表面积的变化。结果表明热处理10H的碳纸比表面积显著增大,表面有-COOH官能团生成,其电化学活性显著增强。热处理后的碳纸作为电极组装成的电池在电流密度100mA·cm-2时仍有良好充放电性能,平均电流和电压效率达到98.5%和77.7%。采用循环伏安、极化曲线和交流阻抗技术研究了在0.8mol/L的VOSO4+3.0 mol/L H2SO4中,Ⅴ（Ⅳ）/Ⅴ（Ⅴ）电对在碳纸电极上的反应机理及可能的速度控制步骤。研究结果表明:Ⅴ（Ⅳ）/Ⅴ（Ⅴ）电对在碳纸电极上的反应属准可逆过程,且氧化过程包含有后置化学转化步骤,计算得到VO2+的扩散系数为4.5×10-5cm2/s,交换电流密度为6.7×10-4mA·cm-2。理论计算得到了电化学步骤和后置化学转化过程分别为控制步骤时的Tafel斜率值0.12和0.06,实验得到的Tafel斜率值为0.127,结果表明电化学步骤为控制步骤。分别利用钛网和石墨板作为集流体,相比较石墨板集流体,钛网用集流体未发现腐蚀,另外容量衰减小;由于进液口、特别是石墨集流板进出液口极易被刻蚀,设计了新的电池组装结构,极大的减小了电池的漏液和集流板的腐蚀。