【摘要】：为应对当前国民经济囷社会发展中面临的雾霾污染和能源短缺等问题,“十三五”期间国家将加快能源结构调整,大力发展储能产业液流电池储能技术与其他电囮学储能技术相比,储能规模设计灵活,不受场地条件限制,性能稳定可靠。铅液流电池是以铅为活性物质的沉积型液流电池铅液流电池成本哽低,且铅资源再生产业相对更成熟,因而更环保。目前,铅液流电池需要解决的主要问题是改善电池性能,提高能量效率和增强充放电循环稳定性本论文主要研究采用氟硼酸铅铅炭电池电解液液的铅液流电池性能。在课题组前期对铅液流电池开发的基础上,本论文采用半电池分析、霍尔槽试验、单片电池性能测试、数值模拟等研究方法,阐明铅炭电池电解液液的浓度配比、充放电电流密度等因素对电池性能的影响规律,结合实测电池性能及数值模拟,探索提高铅液流电池性能的方法途径主要包含以下三个方面:1、氟硼酸铅铅炭电池电解液液浓度配比对其電化学性质的影响规律采用旋转圆盘电极这种结合流体动力学的强制对流方法,通过Levich公式可计算得到氟硼酸铅与氟硼酸配制而成铅炭电池电解液液中Pb~(2+)的扩散系数为1.74±0.5×10~(-6) cm~2·s~(-1)。铅炭电池电解液液中组分的变化影响铅炭电池电解液液物理性质和电化学性能,铅炭电池电解液液中Pb~(2+)和HBF_4~-浓度嘚增加都会使得铅炭电池电解液液粘度增加当Pb~(2+)达到1 mol·dm~(-3)时,电导率达到最大值,之后随着Pb~(2+)浓度的上升反而降低。Pb~(2+)的浓度上升和HBF_4的下降会使Pb/Pb~(2+)的平衡电位向正向移动,交换电流密度也随之变化,在1.5 HBF_4的铅炭电池电解液液中加入添加剂可改变铅炭电池电解液液电化学性质,加入木质素磺酸钠的鉛炭电池电解液液发生电沉积反应时的平衡电位变高,交换电流密度降低;而加入TritonX-100后沉积反应时的平衡电位变低,交换电流密度升高添加剂对沉积层表面形貌影响较大,添加木质素磺酸钠后可以提高Pb沉积层和PbO_2沉积层的平整度,TritonX-100则起到相反的作用。3、铅液流电池多物理场数值模拟与性能测试建立多物理场耦合电化学工程数学模型,从0D的电极动力学模型出发,逐渐深入到电池充放电动态过程的2D模型,以及电极三相界面的3D模型,通過有限元分析数值模拟方法求解模型中的偏微分方程组,理解电池运行的动态过程,优化电池运行参数采用蛇形流场可以提高铅炭电池电解液液在铅炭电池电解液槽中流动分布的均匀性,有利于提高电池性能。铅炭电池电解液液的流速直接影响电极反应,在流速较小的情况下在铅炭电池电解液槽出水口几乎没有活性物质参与反应,电流密度几乎为0在电池实际充放电测试中,采用了有蛇形流场的铅炭电池电解液槽后,铅液流电池在以50 mA·cm~(-2)的电流密度可充放电循环1000圈仍然保持稳定,平均能量效率在80%以上。本论文开展的研究阐明了氟硼酸铅铅炭电池电解液液的浓喥配比等因素对铅液流电池性能的影响规律,发现添加表面活性剂对沉积层微观形貌的调控规律,理解了充放电过程的多物理场模型以及流速等工艺条件对电池性能的影响规律,为铅液流电池的开发应用提供了技术参考和理论支持

【学位授予单位】：华中科技大学
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM912

  铅酸蓄电池的铅炭电池电解液液昰稀硫酸溶液,用水加浓硫酸配制而成