用醋酸钠添加剂延长可溶性铅流电池的使用寿命
Summary
提出了一种用于构建寿命较长的可溶性铅流电池的协议, 该协议在甲磺酸电解液中供应醋酸钠作为添加剂。
Abstract
在本报告中, 我们提出了一种构建具有延长循环寿命的可溶性铅流电池 (slfb) 的方法。通过向电解液中提供足够的醋酸钠 (galvanostatic),通过长期的静电充放电实验, 证明 slfb 的循环寿命延长超过50%。通过投掷指数 (ti) 测量,定量验证了正极上 pbo 2 电极上 pbo 2 电沉积的较高质量。当 slfb 使用 naoas 添加电解质操作时, 通过扫描电子显微镜 (sem) 获得的图像也会表现出更多集成的 pbo2表面形貌。这项工作表明, 电解质改性可以成为经济上使 slfb 能够大规模储能的可行途径。
Introduction
包括太阳能和风能在内的可再生能源已经开发了几十年, 但其间歇性构成了巨大挑战。对于包含可再生能源的未来电网来说, 电网稳定和负载均衡至关重要, 可以通过集成储能来实现。氧化还原流电池 (rfb) 是网秤储能的好选择之一。传统的 rfb 含有离子选择性膜, 分离了不溶解剂和阴极;例如, 全钒 rfb 已证明运行效率高, 循环寿命长 1,2。然而, 它们作为储能的市场份额非常有限, 部分原因是材料成本高昂, 离子选择性膜无效。另一方面, 由 plectcher 等人介绍了一种单流可溶性铅流电池 (slfb) .1,2,3 个,4 个,5. slfb 是无膜的, 因为它只有一个活性物种, 即铅 (ii) 离子。在充电过程中, 在正极上电镀铅 (ii) 离子作为 pbo2 , 在负极上作为铅, 在放电过程中, 将铅 (ii) 重新转换回铅 (ii)。因此, slfb 只需要一个循环泵和一个电解质储罐, 这反过来又可能导致与传统 rfb 相比降低资本和运营成本。然而, 在正常流动条件下, slfb 公布的循环寿命到目前为止被限制在不到 200个周期的情况下, 6、7、8、9、10。
导致 slfb 循环寿命较短的因素初步与 pbo 2 在正极的沉积溶解有关.在充放电过程中, 发现电解质酸度在深周期或重复周期11中增加, 并建议质子诱导产生非化学计量 pbox 12的钝化层,13. pbo2的脱落是与 slfb 降解有关的另一个现象。shed pbo 2颗粒是不可逆的, 不能再利用。由于电化学反应不平衡以及两个电极上的累积电沉积, slfb 的库仑效率 (ce) 随之下降。为了延长 slfb 的循环寿命, 稳定 ph 值波动和电镀沉积结构至关重要。最近的一篇论文证明了添加醋酸钠 (naoac) 在甲磺酸电解质11中的 slfb 的性能和延长的循环寿命。
本文介绍了在 slfb 中使用 naoac 作为甲磺酸电解质添加剂的详细协议。与不含 naoac 添加剂的 slfb 相比, slfb 性能得到了提高, 使用寿命可以延长50% 以上。此外, 还说明了投掷指数 (ti) 的测量程序, 以便对添加剂对电沉积的影响进行定量比较。最后, 介绍了 slfb 电极电沉积的扫描电子显微镜 (sem) 样品制备方法, 并在采集的图像中显示了加性对电镀的影响。
Protocol
Representative Results
Discussion
本文介绍了一种经济延长 slfb 循环寿命的方法: 采用 naoac 剂作为电解质添加剂。在长期循环试验之前, 对步骤1中提到的一批新鲜石墨电极和镍板进行了预处理。由于商用碳电极之间的不一致可能会导致 slfb 的性能偏差, 因此步骤1.4 中的物理化学预处理对于去除表面残留物至关重要。步骤1.4 的第二部分是采用电化学方法去除可能引起0至 1.8 v 电位对 ag/agcl之间氧化还原反应的杂质。如<strong cla…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
这项工作得到了科技部的支持, 其供资人数为 nsc 102-221-e-002-146-、最省 103-22-21-e-002-146-和最省 104-2628-e-0016-0016-my3。
Materials
| 70 mm cellulose filter paper | Advance | ||
| Autolab | Metrohm | PGSTA302N | |
| BT-Lab | BioLogic | BCS-810 | |
| commercial carbon composite electrode | Homy Tech,Taiwan | Density 1.75 g cm-3, and electrical conductivity 330 S cm-1 | |
| Diamond saw | Buehler | ||
| Hydrochloric Acid | SHOWA | 0812-0150-000-69SW | 35% |
| Lead (II) Oxide | SHOWA | 1209-0250-000-23SW | 98% |
| Lutropur MSA | BASF | 50707525 | 70% |
| nickel plate | Lien Hung Alloy Trading Co., LTD., Taiwan, | 99% | |
| Potassium Nitrate | Scharlab | 28703-95 | 99% |
| Scanning electron microscopy | JEOL | JSM-7800F | at accelerating voltage of 15 kV |
| Sodium Acetate | SHOWA | 1922-5250-000-23SW | 98% |
| water purification system | Barnstead MicroPure | 18.2 MΩ • cm |
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