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Boosting catalytic activities of carbon felt electrode towards redox reactions of vanadium ions by defect engineering 被引量:2
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作者 XU Jian ZHANG Yi-qiong +8 位作者 ZHU Xiao-bo LONG Ting XU He LOU Xue-chun XU Zhi-zhao FU Hu XIANG Wei-zhe XIE Ming-ming JIA Chuan-kun 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第9期2956-2967,共12页
Vanadium redox flow batteries(VRFBs)are one of the most promising energy storage systems owing to their safety,efficiency,flexibility and scalability.However,the commercial viability of VRFBs is still hindered by the ... Vanadium redox flow batteries(VRFBs)are one of the most promising energy storage systems owing to their safety,efficiency,flexibility and scalability.However,the commercial viability of VRFBs is still hindered by the low electrochemical performance of the available carbon-based electrodes.Defect engineering is a powerful strategy to enhance the redox catalytic activity of carbon-based electrodes for VRFBs.In this paper,uniform carbon defects are introduced on the surfaces of carbon felt(CF)electrode by Ar plasma etching.Together with a higher specific surface area,the Ar plasma treated CF offers additional catalytic sites,allowing faster and more reversible oxidation/reduction reactions of vanadium ions.As a result,the VRFB using plasma treated electrode shows a power density of 1018.3 mW/cm^(2),an energy efficiency(EE)of 84.5%,and the EE remains stable over 1000 cycles. 展开更多
关键词 vanadium redox flow batteries carbon felt defect engineering plasma treatment
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基于FFRLS-MIUKF算法的全钒液流电池荷电状态估计方法
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作者 郑涛 贾泽峰 +2 位作者 邱亚 李俊伟 侯谋 《热力发电》 北大核心 2025年第4期68-76,共9页
针对全钒液流电池的荷电状态(state of charge,SOC)估计难度大、成本高、准确性差等问题,提出一种基于带遗忘因子的递推最小二乘法(forgetting factor recursive least squares,FFRLS)和多新息无迹卡尔曼滤波(multiple innovation unsce... 针对全钒液流电池的荷电状态(state of charge,SOC)估计难度大、成本高、准确性差等问题,提出一种基于带遗忘因子的递推最小二乘法(forgetting factor recursive least squares,FFRLS)和多新息无迹卡尔曼滤波(multiple innovation unscented Kalman filter,MIUKF)的全钒液流电池荷电状态估计方法。该方法通过FFRLS在线辨识全钒液流电池等效电路模型参数,然后通过MIUKF进行荷电状态估计,从而达到准确估计全钒液流电池荷电状态的目的。最后,利用实验平台对5 kW/30 kW·h的全钒液流电池采用所提出方法进行验证,实验结果表明,相较于RLS-UKF算法和FFRLS-UKF算法,FFRLS-MIUKF算法在荷电状态估计中表现最优,其充电阶段与放电阶段均方误差与均方根误差更低,均方误差与均方根误差在充电阶段分别为0.0037、0.0609,在放电阶段分别为0.0013、0.0363。 展开更多
关键词 全钒液流电池 SOC估计 递推最小二乘 多新息无迹卡尔曼滤波 遗忘因子
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高分散COF基离子传导膜提高全钒液流电池性能
3
作者 房庭旭 逄博 +3 位作者 崔福军 姜晓滨 吴雪梅 贺高红 《膜科学与技术》 北大核心 2025年第4期95-103,112,共10页
提出一种单体与聚合物溶液先浇铸成前驱体膜,而后溶剂热原位生长的高分散COF复合膜制备方法。硫酸酯化聚苯并咪唑(PBIOSO 3H)与磺酸氨单体间具有强氢键相互作用,可在膜中均匀分散单体并原位限域生长磺酸共价有机框架(SCOF),解决了COFs... 提出一种单体与聚合物溶液先浇铸成前驱体膜,而后溶剂热原位生长的高分散COF复合膜制备方法。硫酸酯化聚苯并咪唑(PBIOSO 3H)与磺酸氨单体间具有强氢键相互作用,可在膜中均匀分散单体并原位限域生长磺酸共价有机框架(SCOF),解决了COFs掺杂膜易团聚的问题。硫酸酯化聚苯并咪唑膜中引入SCOF后,质子传导率提高了89.7%,面电阻降低了48.6%,氢钒离子选择性提高了1.5倍。其全钒液流电池在电流密度200 mA/cm^(2)下,能量效率达到79.5%,远高于商业化的Nafion212膜(69.9%),表明本文提出的单体浇铸原位生长制备高分散COF基离子传导膜的方法可以有效提高全钒液流电池性能。 展开更多
关键词 质子交换膜 全钒液流电池 共价有机框架 高分散
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不同氮源掺杂石墨烯电极材料的制备及电化学性能
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作者 郝亚玲 李春丽 +5 位作者 周楠 程佳豪 王佳瑞 霍蓉 王德龙 杨鹏 《化工进展》 北大核心 2025年第9期5150-5160,共11页
全钒液流电池(VRFB)作为一种电化学储能技术,因其资源自主可控、无交叉污染和不易受环境干扰等优点备受关注。优化VRFB的电极材料可以显著提高其能量效率和稳定性。本文以天冬氨酸、多巴胺、2-氨基吡啶和2-甲基咪唑(2-MI)作为不同结构... 全钒液流电池(VRFB)作为一种电化学储能技术,因其资源自主可控、无交叉污染和不易受环境干扰等优点备受关注。优化VRFB的电极材料可以显著提高其能量效率和稳定性。本文以天冬氨酸、多巴胺、2-氨基吡啶和2-甲基咪唑(2-MI)作为不同结构掺氮剂与石墨烯的衍生物氧化石墨烯(GO)表面的含氧官能团进行键合,采用水热法和冷冻干燥技术制备氮掺杂石墨烯气凝胶(NGA)。通过分析对比不同NGA的微观形貌、缺陷程度、物相组成及电化学性能,探究不同掺氮剂对NGA的氮含量、层间距、缺陷程度及电化学性能的影响。研究结果表明,掺氮剂选用五元杂环结构的2-MI制备NGA具有较高的氮含量(5.16%)、层间距(0.367nm)及ID/IG值(1.12),其不仅为V^(2+)/V^(3+)提供了储存场所,并且为V^(2+)/V^(3+)电对提供了更多的活性位点促进了电荷转移和离子传递。将2-MI-NGA涂覆在碳毡(CF)上作为VRFB的负极材料进行单电池充放电测试,在80mA/cm^(2)电流密度下,其过电位仅为CF的10%,有效降低了电池极化,同时2-MI-NGA@CF的放电容量相较CF电池增加了241mA·h。在200mA/cm^(2)电流密度下,2-MI-NGA@CF的能量效率相较于CF提高了16.8%,并且始终保持在63.5%左右稳定运行。该研究为高性能全钒液流电池电极材料的改性提供了新思路。 展开更多
关键词 不同结构含氮有机物 石墨烯基气凝胶 氮掺杂 全钒液流电池 电化学性能
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全钒液流电池电解液容量衰减及草酸恢复研究
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作者 叶涛 王怡君 +1 位作者 唐子龙 潘国梁 《储能科学与技术》 北大核心 2025年第3期1177-1186,共10页
全钒液流电池因其易于规模化、环境友好和高安全性等优势,被视为一种适合大规模商业化应用的储能技术。然而,长期循环使用中出现的容量衰减问题限制了其在储能领域的广泛应用。本文通过深入分析电池循环前后的电化学特性变化曲线,并结... 全钒液流电池因其易于规模化、环境友好和高安全性等优势,被视为一种适合大规模商业化应用的储能技术。然而,长期循环使用中出现的容量衰减问题限制了其在储能领域的广泛应用。本文通过深入分析电池循环前后的电化学特性变化曲线,并结合高锰酸钾滴定的结果,确定了电池容量衰减的主要因素,即电解液失衡和电极退化导致的负极活性物质减少和极化加剧。此外,采用草酸还原的方法将电解液的放电比容量恢复至初始的92.7%,并通过互换正负电极缓解了电池的极化加剧,证实了通过电极交换可以有效恢复并稳定电极的电化学活性。最后,采用恒压充电的方法解决了草酸残留问题,并制定了一种草酸恢复电解液的工艺路线,成功将已用电解液的平均价态从3.580价恢复至3.508价。该研究全面分析了全钒液流电池容量衰减的深层次原因,为电解液的恢复发挥了重要的指导作用,同时针对草酸恢复过程中的残留问题提出了简便有效的技术解决方案,为电解液的恢复和再利用提供了新的可能性。 展开更多
关键词 全钒液流电池 电解液恢复 草酸还原 化学滴定
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全钒液流电池用纤维素纳米晶掺杂混合基质膜
6
作者 刘鑫 郑皓仁 +3 位作者 陈强 丁静怡 黄康 徐至 《化工学报》 北大核心 2025年第5期2294-2303,共10页
设计了用于全钒液流电池的纤维素纳米晶(CNC)掺杂的磺化聚醚醚酮(SPEEK)混合基质膜,CNC表面大量的羟基和磺酸基团使其具有良好的亲水性,这些基团的存在也能改善填料和聚合物之间的界面相容性。此外,CNC的高结晶度和高纵横比确保了膜在... 设计了用于全钒液流电池的纤维素纳米晶(CNC)掺杂的磺化聚醚醚酮(SPEEK)混合基质膜,CNC表面大量的羟基和磺酸基团使其具有良好的亲水性,这些基团的存在也能改善填料和聚合物之间的界面相容性。此外,CNC的高结晶度和高纵横比确保了膜在强酸性和强氧化性条件下高的稳定性以及良好的活性离子阻隔能力。同时其表面丰富的—OH基团与水分子以及SPEEK中丰富的—SO_(3)H基团构建了高度互连的亲水离子纳米团簇,实现高达0.073 S·cm^(-1)的质子传导率。使用其组装的电池在120 mA·cm^(-2)的电流密度下电压效率(VE)可达88.7%,远远超过SPEEK膜(78.3%),表明SPEEK/CNC膜在全钒液流电池中具有良好的应用前景。 展开更多
关键词 全钒液流电池 混合基质膜 纤维素纳米晶
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钒液流电池用双侧链阴离子交换膜的制备与性能
7
作者 刘阿满 张晓静 +3 位作者 陈可欣 李坚 任强 汪称意 《精细化工》 北大核心 2025年第7期1516-1523,共8页
采用1-(6-溴己基)-1-甲基哌啶离子盐(Br-6-Pip)和1-溴十八烷对聚(联苯哌啶)(PBP)共接枝,制备了一系列同时含有长疏水侧链(十八烷基接枝度30%)和柔性亲水侧链[烷基哌啶接枝度(x)]的阴离子交换膜(x Pip-30%18PBP膜)。通过^(1)HNMR、SEM、... 采用1-(6-溴己基)-1-甲基哌啶离子盐(Br-6-Pip)和1-溴十八烷对聚(联苯哌啶)(PBP)共接枝,制备了一系列同时含有长疏水侧链(十八烷基接枝度30%)和柔性亲水侧链[烷基哌啶接枝度(x)]的阴离子交换膜(x Pip-30%18PBP膜)。通过^(1)HNMR、SEM、TEM对其进行了表征,利用物性测定和TGA、力学性能、离子传导率、钒离子渗透率测试,考察了烷基哌啶接枝度对x Pip-30%18PBP膜性能的影响。结果表明,x Pip-30%18PBP膜具有良好的微相分离结构,随着烷基哌啶接枝度从40%增至70%,膜内微相分离结构显著提高,x Pip-30%18PBP膜的理论离子交换容量从2.26 mmol/g提升至2.88 mmol/g;20℃下,吸水率从53.8%提高到82.6%,溶胀率从9.9%提高至23.4%;离子传导率从28.9 mS/cm增至41.9 mS/cm,膜面电阻从0.76Ω·cm^(2)降至0.39Ω·cm^(2);拉伸强度从9.6 MPa逐渐降至5.7 MPa,而断裂伸长率从19.8%逐渐提高到35.5%;钒离子渗透率为1.32×10^(–6)~2.16×10^(–6)cm^(2)/min。60%Pip-30%18PBP膜具有最佳的综合性能,将其组装钒液流单电池。在电流密度40 mA/cm^(2)下,该电池的能量效率高达80.0%;在电流密度100 mA/cm^(2)的充放电循环200次测试中,库仑效率维持在91%~92%,而能量效率仅下降了4.2%。 展开更多
关键词 阴离子交换膜 超强酸催化 柔性哌啶阳离子 长疏水侧链 微相分离 钒液流电池 功能材料
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全钒液流电池的电极结构研究进展
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作者 李跃林 刘祉妤 +5 位作者 郭森 刘晓君 张蓬亮 王程程 梁原 王锐 《储能科学与技术》 北大核心 2025年第2期601-612,共12页
全钒液流电池(VRFB)作为一种极具前途的大规模储能技术,提高电池功率密度和运行效率是降低液流电池成本的有效途径之一。电极是实现电能与化学能相互转换的核心场所,电极材料的结构特性和表面性质直接影响电化学反应速率、电池内阻和电... 全钒液流电池(VRFB)作为一种极具前途的大规模储能技术,提高电池功率密度和运行效率是降低液流电池成本的有效途径之一。电极是实现电能与化学能相互转换的核心场所,电极材料的结构特性和表面性质直接影响电化学反应速率、电池内阻和电解液传输过程,从而影响电池性能。通过开发宏观、微观有序的电极结构,达到电极传输性能和电化学性能协同提升的目的。本文全面综述了对电极从宏观到微观层面上的结构设计及在全钒液流电池中的研究进展。在宏观尺度上,总结分析了电极压缩比、电极流场结构、电极几何形状等结构参数对电池性能的影响;在微观尺度上,通过物理和化学方法构建了多级孔分布的单层电极结构和具有梯度分布的多层电极结构,可以增大电极比表面积,促进电化学反应,同时改善电解液在电极表面的扩散。最后,对电极结构设计存在的问题及下一步研发方向进行了展望。 展开更多
关键词 全钒液流电池 电极 结构设计
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全钒液流电池储能系统性能及其影响因素分析
9
作者 林友斌 陈蒙蒙 杨霖霖 《电源技术》 北大核心 2025年第6期1279-1285,共7页
对影响全钒液流电池储能系统效率的因素进行了全面分析,提出了液流电池能流表和能流图。以4 MW/20 MWh储能系统为例,探究了液流电池储能系统内电能的传输路径以及各个环节所产生的能量损失情况,进而明确了在不同边界条件下的效率量化定... 对影响全钒液流电池储能系统效率的因素进行了全面分析,提出了液流电池能流表和能流图。以4 MW/20 MWh储能系统为例,探究了液流电池储能系统内电能的传输路径以及各个环节所产生的能量损失情况,进而明确了在不同边界条件下的效率量化定义,为系统性能评估提供了更为精准的依据。此外,分析了液流电池综合效率的影响因素及相互关联关系,并对其未来发展方向进行了思考和展望。 展开更多
关键词 全钒液流电池 储能系统效率 能流表 能流图
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表面修饰模式对Nafion离子选择性影响及在VRFB中的应用(英文) 被引量:1
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作者 谭青龙 王海宁 +3 位作者 卢善富 梁大为 武春晓 相艳 《电化学》 CSCD 北大核心 2017年第4期409-419,共11页
本文采用壳聚糖-磷钨酸层对Nafion膜表面分别进行单面和双面修饰改性,研究了修饰模式对Nafion膜钒离子渗透率、电导率及离子选择性的影响.结果表明,单面、双面修饰改性均会使Nafion膜的钒离子渗透率显著降低,最高降幅分别达到89.9%(单... 本文采用壳聚糖-磷钨酸层对Nafion膜表面分别进行单面和双面修饰改性,研究了修饰模式对Nafion膜钒离子渗透率、电导率及离子选择性的影响.结果表明,单面、双面修饰改性均会使Nafion膜的钒离子渗透率显著降低,最高降幅分别达到89.9%(单面修饰)和92.7%(双面修饰);单面、双面修饰改性均会使Nafion膜的电导率下降,但存在明显差异,在相同修饰厚度条件下,双面修饰改性对Nafion膜电导率的影响比单面修饰改性更小.因此,双面修饰复合膜展示出了比单面修饰复合膜更高的离子选择性,并且在修饰层厚度为17μm时达到最大值(1.12×105S·min·cm^(-3)).基于优化的双面修饰Nafion膜的全钒液流电池,在充放电流密度30 mA·cm-2时,库仑效率和能量效率分别达到93.5%和80.7%,并在测试时间内展示出良好的循环稳定性. 展开更多
关键词 表面修饰模式 钒离子渗透率 离子选择性 全钒液流电池
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氮气氛热处理石墨毡对VRFB性能影响 被引量:2
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作者 李鹏辉 李强 孙红 《电源技术》 CAS 北大核心 2019年第9期1496-1498,1502,共4页
石墨毡材料作全钒液流电池(VRFB)的电极时,存在电化学活性低的问题。为提高其电化学活性,尝试在氮气氛下热处理石墨毡,使用傅里叶红外(FT-IR)和X射线光电子能谱(XPS)等对经氮气氛热处理石墨毡进行表面官能团测试分析,利用循环伏安法测... 石墨毡材料作全钒液流电池(VRFB)的电极时,存在电化学活性低的问题。为提高其电化学活性,尝试在氮气氛下热处理石墨毡,使用傅里叶红外(FT-IR)和X射线光电子能谱(XPS)等对经氮气氛热处理石墨毡进行表面官能团测试分析,利用循环伏安法测试处理后石墨毡电化学性能,对采用处理后石墨毡的全钒液流电池充放电测试,探究氮气氛热处理提升石墨毡电极性能的机理。研究结果表明氮气氛热处理石墨毡提高了石墨毡表面的碳含量和-COOH含量,有效提升石墨毡电极的电化学性能。900℃处理石墨毡具有更高的碳含量和-COOH含量,电化学反应可逆性明显提高(Ipa/Ipc=1.24,DEp=0.38V),对应的VRFB电压效率达88.65%。 展开更多
关键词 全钒液流电池 氮气氛处理石墨毡 循环伏安法
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Electrochemical behavior of diverse vanadium ions at modified graphite felt electrode in sulphuric solution
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作者 李晓刚 黄可龙 +1 位作者 刘素琴 陈立泉 《Journal of Central South University of Technology》 EI 2007年第1期51-56,共6页
PAN-based graphite felt (PGF) treated in 98% sulphuric acid for 5 h and then kept at 450 ℃ for 2 h was evaluated for their electrochemical performance as electrodes of vanadium redox battery (VRB). Structure and ... PAN-based graphite felt (PGF) treated in 98% sulphuric acid for 5 h and then kept at 450 ℃ for 2 h was evaluated for their electrochemical performance as electrodes of vanadium redox battery (VRB). Structure and characteristic of treated PAN-based graphite felt (TPGF) were determined by means of Fourier Transform Infi-ared Spectroscopy, Scanning Electron Microscopy, Brunauer-Emmett-Teller surface area analysis and VRB test system. The results show that the acid and heat synergistic effect increase the number of --COOH functional groups on the PGF surface, and the PGF is eroded by sulphuric acid oxidation, resulting in the surface area increases from 0.31 m^2/g to 0.45 m^2/g. The V( Ⅱ )/V(Ⅲ) redox reaction is electrochemically reversible on the TPGF electrode, while the V(Ⅳ)/V(Ⅴ) couple is a quasi reversible process. The diffusion coefficients of the oxidation for V(Ⅳ)/V(Ⅴ) obtained from the scope of peak current Ip vs scan rate v^1/2 is 4.4×10^-5 cm^2/s. The improvement of electrochemical activity for the electrode is mainly ascribed to the increase of the number of ---COOH groups on the TPGF, which behaves as active sites catalyzing the vanadium species reactions and accelerating electron transfer reaction and oxygen transfer. 展开更多
关键词 vanadium redox flow battery graphite felt diffusion coefficient.
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全钒液流电池建模及SOC在线估计研究进展 被引量:2
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作者 张爱芳 魏邦达 +8 位作者 李卓昊 杨洋 杨添强 姚俊 张杰 刘飞 李浩秒 王康丽 蒋凯 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1036-1049,共14页
全钒液流电池(VRFB)具有高安全、长寿命的优势,在大规模电力储能领域中具有广阔的应用前景。高精度的电池模型及准确的电池荷电状态(SOC)估计是全钒液流电池实际应用的重要技术基础,也是其规模应用面临的主要挑战。本文对全钒液流电池... 全钒液流电池(VRFB)具有高安全、长寿命的优势,在大规模电力储能领域中具有广阔的应用前景。高精度的电池模型及准确的电池荷电状态(SOC)估计是全钒液流电池实际应用的重要技术基础,也是其规模应用面临的主要挑战。本文对全钒液流电池仿真模型、模型参数辨识、SOC监测与在线估计,以及全钒液流电池特有的SOC估计影响因素进行综述。首先介绍了电化学模型和等效电路模型2类仿真模型,分析比较了几种用于VRFB的等效电路模型的原理及优缺点。重点综述了全钒液流电池荷电状态监测方法,包括:安时积分法、开路电压法、电位滴定法、电导率法和光学分析法,以及更具工程应用前景的荷电状态在线估计方法。总结了全钒液流电池模型参数离线与在线辨识技术,介绍了基于滤波算法与数据驱动算法的荷电状态在线估计方法。在全钒液流电池SOC估计特异性影响因素方面,讨论了包括钒离子的跨膜迁移、负极氧化副反应、负极析氢反应和温度对参数辨识与荷电状态估计的影响规律,总结展望了全钒液流电池建模及SOC在线估计面临的问题及未来研究方向。 展开更多
关键词 全钒液流电池 仿真模型 模型参数辨识 荷电状态 在线估算
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全钒液流电池用磺化聚芴醚酮质子交换膜的制备及性能 被引量:1
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作者 叶洲麟 熊雷 +1 位作者 林起浪 陈栋阳 《精细化工》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期348-357,380,共11页
首先,将9,9-二(3,5-二甲基-4-羟基苯基)芴(DMBHF)、9,9-双(4-羟苯基)芴(BHF)和4,4’-二氟二苯甲酮(DFB)在高温下缩聚,得到聚芴醚酮(PFEK-x)(x=30、40、50,x为DMBHF含量,以DFB的物质的量计,下同);接着,利用溴代反应将PFEK-x的甲基功能化... 首先,将9,9-二(3,5-二甲基-4-羟基苯基)芴(DMBHF)、9,9-双(4-羟苯基)芴(BHF)和4,4’-二氟二苯甲酮(DFB)在高温下缩聚,得到聚芴醚酮(PFEK-x)(x=30、40、50,x为DMBHF含量,以DFB的物质的量计,下同);接着,利用溴代反应将PFEK-x的甲基功能化为溴甲基;然后,通过4-羟基苯磺酸钠的SN2亲核取代制得具有不同离子交换容量的磺化聚芴醚酮(SPFEK-x);最后,通过溶液浇铸法成膜并酸化,制得新型低成本质子交换膜(PEMs)。采用^(1)HNMR、FTIR、TGA对其进行了表征,并对其性能进行了测试。结果表明,SPFEK-40膜具有较高的质子传导率及离子选择性、较低的钒离子渗透率及面电阻,综合性能优异。以SPFEK-40膜组装的全钒液流电池(VRFB)在电流密度为80 m A/cm^(2)时的能量效率为88.2%,高于以Nafion 212膜组装的VRFB的84.8%。此外,以SPFEK-40膜组装的VRFB在30次循环后放电容量保持率为84.3%,远高于以Nafion 212膜组装的VRFB(66.1%)。该合成路线的原料来源广泛,价格低廉,不涉及危险的磺化反应,易于工业放大。制得的SPFEK-x均具有良好的机械性能和氧化稳定性。 展开更多
关键词 全钒液流电池 质子交换膜 聚芴醚酮 质子传导率 能量效率 功能材料
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全钒液流电池在储能领域的应用与展望 被引量:6
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作者 李振鹏 颜东梅 +1 位作者 李军 黄福川 《电池》 CAS 北大核心 2024年第3期422-426,共5页
随着可再生能源发电量的迅速提高,快速增长的储能需求使全钒氧化还原液流电池逐渐成为行业的热点之一。虽然全钒液流电池存在能量效率低、成本高等问题,但是在储能领域应用前景广阔。从全钒液流电池的主要运行特点出发,分析和综述全钒... 随着可再生能源发电量的迅速提高,快速增长的储能需求使全钒氧化还原液流电池逐渐成为行业的热点之一。虽然全钒液流电池存在能量效率低、成本高等问题,但是在储能领域应用前景广阔。从全钒液流电池的主要运行特点出发,分析和综述全钒液流电池运行中主要性能损失、经济性和环保性的研究现状,介绍全钒液流电池的应用现状及未来展望,为后续的工程应用研究决策提供参考。 展开更多
关键词 全钒氧化还原液流电池(全钒液流电池) 储能 能量效率 经济性分析
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杂原子掺杂电极用于全钒液流电池中的研究进展 被引量:2
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作者 徐冉 王宝冬 +3 位作者 王绍亮 张琦 张磊 冯子洋 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1849-1860,共12页
液流电池因其本质安全、超长寿命等特性,是大规模储能的关键技术之一。电极材料作为全钒液流电池的核心部件,其与电解液的界面特性会对液流电池的性能产生重要影响。通过电极表面改性处理方法能够实现其在高电流密度下的电化学活性提升... 液流电池因其本质安全、超长寿命等特性,是大规模储能的关键技术之一。电极材料作为全钒液流电池的核心部件,其与电解液的界面特性会对液流电池的性能产生重要影响。通过电极表面改性处理方法能够实现其在高电流密度下的电化学活性提升,而电极表面杂原子掺杂技术是目前的研究热点。本文归纳了以石墨毡为基体的杂原子掺杂机理及其研究进展,着重介绍了碳骨架的原位掺杂和电极表面的杂原子催化剂两种掺杂策略,并总结了两种掺杂策略的掺杂类型和性能差异。其中,依据杂原子的电负性和原子尺寸,阐述了电极材料原位掺杂的机理,讨论了杂原子对碳纤维电子结构的影响方式;根据碳基材料催化剂的种类,介绍了多孔炭材料、碳纳米管和石墨烯三种碳基催化剂的杂原子掺杂对电极材料电化学性能的影响规律。综合分析表明,通过电极表面的原子掺杂不仅可以增加电极反应的活性位点,促进活性离子的迁移,还可以改善其亲水性,增大电极与电解液接触的有效面积。基于此,提出了采用调控电极表面电荷分布、官能团种类、构建缺陷位点等方法有效增强电极材料的稳定性和电化学性能,并有望在实现高电流密度下电化学活性提高的同时获得较高的电导率。 展开更多
关键词 全钒液流电池 电极 原子掺杂 杂原子催化
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全钒液流电池的容量恢复与保持 被引量:2
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作者 王晓颖 杨霖霖 +1 位作者 李林德 魏冬 《电池》 CAS 北大核心 2024年第1期82-85,共4页
电解液的性能和充放电期间的行为会影响全钒液流电池的性能和系统成本。电池运行时,正负极电解液穿过离子交换膜的迁移会导致电解液体积失衡,引起电解液容量损失,限制放电容量、削弱循环稳定性、减少寿命。通过实验探索电解液在充放电... 电解液的性能和充放电期间的行为会影响全钒液流电池的性能和系统成本。电池运行时,正负极电解液穿过离子交换膜的迁移会导致电解液体积失衡,引起电解液容量损失,限制放电容量、削弱循环稳定性、减少寿命。通过实验探索电解液在充放电过程中的迁移规律,使用二水合草酸作为还原剂还原正极侧过量的VO_(2)^(+),将衰减失效电解液的容量恢复至初始容量的94.33%。改善储液罐设计,当电解液体积向正极侧偏移5%时,进行手动溢流操作,以100 mA/cm~2在1.0~1.7 V循环100次后,电池的放电容量保持率为88.08%。 展开更多
关键词 全钒液流电池 电解液迁移 二水合草酸 容量恢复 溢流设计
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聚四氟乙烯纳米颗粒改性磺化聚醚醚酮膜的研究
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作者 王体东 纪亚 《现代化工》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S02期223-227,233,共6页
制备了一种基于磺化聚醚醚酮的复合膜,通过聚多巴胺将聚四氟乙烯纳米颗粒连接在复合膜表面进行改性。通过调控聚四氟乙烯纳米颗粒质量分数获得了一种高性能改性磺化聚醚醚酮复合膜。结果表明,该改性复合膜具有优越的离子选择性、良好的... 制备了一种基于磺化聚醚醚酮的复合膜,通过聚多巴胺将聚四氟乙烯纳米颗粒连接在复合膜表面进行改性。通过调控聚四氟乙烯纳米颗粒质量分数获得了一种高性能改性磺化聚醚醚酮复合膜。结果表明,该改性复合膜具有优越的离子选择性、良好的稳定性,在组装的全钒液流电池中,电流密度为100 mA/cm^(2)时电池的库仑效率和能量效率分别高达99.2%和85.6%。聚四氟乙烯纳米颗粒对磺化聚醚醚酮膜的成功改性,证明其在全钒液流电池中具有广阔的应用前景。 展开更多
关键词 磺化聚醚醚酮 聚四氟乙烯纳米颗粒 复合膜 表面改性 全钒液流电池
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基于自适应无迹卡尔曼滤波和经济模型预测控制的全钒液流电池SOC/SOP联合估计方法
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作者 张宇 姚尧 +4 位作者 刘睿 金雷 薛斐 周鹏 熊斌宇 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第11期4089-4101,共13页
荷电状态(state of charge,SOC)和峰值功率(state of peak power,SOP)的精确估计对保障电池安全稳定运行具有重要意义。为解决传统估计算法误差高、鲁棒性差等问题,本文提出了一种基于自适应无迹卡尔曼滤波(adaptive unscented Kalman f... 荷电状态(state of charge,SOC)和峰值功率(state of peak power,SOP)的精确估计对保障电池安全稳定运行具有重要意义。为解决传统估计算法误差高、鲁棒性差等问题,本文提出了一种基于自适应无迹卡尔曼滤波(adaptive unscented Kalman filtering,AUKF)和经济模型预测控制(economic model predictive control,EMPC)的全钒液流电池(all-vanadium redox batteries,VRB)SOC/SOP联合估计方法。首先,为了提高传统模型的建模精度,本文综合考虑了VRB的电化学场和流体力学场的耦合特性,建立了一个能够全面刻画VRB运行过程的综合等效电路模型,并采用人工蜂群算法(artificial bee colony algorithm,ABC)对模型参数进行离线辨识。随后,考虑到传统的UKF算法无法适应系统噪声,收敛性差,且忽略电池参数变化等缺点,本文提出了基于AUKF的在线参数辨识和SOC估计算法,通过自适应调整UKF算法的参数来提高模型的精度。结合SOC的估计结果,采用EMPC算法估计VRB的SOP,并综合考虑了电压、电流、SOC和电解液流速等约束条件。最后,设计了多种实验工况验证了本文提出的SOC/SOP联合估计算法的精度。文章研究内容能够为液流电池不同运行状态下峰值功率预测和储能电站的精准调度提供依据。 展开更多
关键词 全钒液流电池 荷电状态 峰值功率 在线参数辨识 自适应无迹卡尔曼滤波 经济模型预测控制
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二维-三维杂化结构Ti_(3)C_(2)T_(x)/CF作为钒电池负极的性能研究
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作者 秦野 王硕 +2 位作者 韩松 刘畅 井明华 《电源技术》 CAS 北大核心 2024年第11期2272-2279,共8页
碳毡是目前应用最广泛的钒电池电极材料,但其应用于钒电池负极时表现出较差的电化学反应活性,严重制约了钒电池性能。针对该问题,采用湿法刻蚀制备了二维Ti_(3)C_(2)T_(x)材料,利用简单高效的物理浸渍工艺将其修饰在三维碳毡(CF)纤维表... 碳毡是目前应用最广泛的钒电池电极材料,但其应用于钒电池负极时表现出较差的电化学反应活性,严重制约了钒电池性能。针对该问题,采用湿法刻蚀制备了二维Ti_(3)C_(2)T_(x)材料,利用简单高效的物理浸渍工艺将其修饰在三维碳毡(CF)纤维表面,成功制备了高催化活性的二维-三维杂化Ti_(3)C_(2)T_(x)/CF负极材料。结果表明,负载了Ti_(3)C_(2)T_(x)的碳毡复合电极显示出更好的亲液性;比表面积达到7.8596 m^(2)/g,是空白碳毡的4.7倍;且表现出更优的电化学反应活性。以Ti_(3)C_(2)T_(x)/CF复合材料为负极的电池在200和300 mA/cm^(2)的电流密度下,相比以空白碳毡为负极的电池,其能量效率分别提升了5.8%和7.3%,具有更高的电池效率和倍率性能。 展开更多
关键词 钒电池 负极 Ti_(3)C_(2)T_(x) 复合电极材料 二维材料
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