液流电池催化剂原位电沉积过程电化学与物质传输耦合特性研究

基本信息
批准号:51806182
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:27.00
负责人:曾义凯
学科分类:
依托单位:西南交通大学
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:秦萍,曾超,季亚胜,李凤皓
关键词:
电沉积过程液流储能电池传输模型传输特性耦合特性
结项摘要

The metal catalyst prepared by the in-situ electrodeposition in the porous electrode, with unique advantages including highly catalytic activity, easy regeneration and good stability, is an effective route to develop the high-performance redox flow battery systems. The in-situ electrodeposition process is affected by many factors such as convection, diffusion, electro-migration, reaction kinetics, pore structure evolution, which results in the issues of uneven catalyst distribution and limited battery performance, requiring deep investigations. In order to improve the catalyst distribution and practical catalytic effect, this project will investigate the coupled electrochemical and mass transport characteristics during the in-situ catalyst electrodeposition in the redox flow batteries: unveil the catalyst nucleation kinetics based on the current step control technique and scanning electron microscope technique; illuminate mass transport characteristics in the porous electrode with non-constant pore structure during the electrodeposition process using the polarization tests and thermogravimetric analysis; develop a coupled electrodeposition and mass transport model and a computing program for the in-situ electrodeposition process with the consideration of catalyst nucleation and growth as well as the pore structure evolution, investigate the catalyst distribution mechanism for the in-situ electrodeposition based on the numerical simulation and experimental characterization, and optimize the electrodeposition parameters. The results will contribute to the development of the high-performance and long-lived redox flow batteries, and promote the large-scale storage and reliable employment of intermittent renewable sources.

多孔电极原位电沉积制备金属催化剂,具有催化活性高、易再生、稳定性好等独特优势,是发展高性能液流储能电池系统的有效途径。原位电沉积过程受对流、扩散、电迁移、反应动力学、孔隙结构演化等多种因素综合作用,存在催化剂分布不均、电池性能受限的问题,尚缺乏深入研究。为提升催化剂分布均一度及实际催化效果,本项目拟开展液流电池催化剂原位电沉积过程电化学与物质传输耦合特性研究:基于阶跃电流控制技术及扫描电镜表征技术,探究催化剂成核动力学特性;采用极化测试技术及热重分析方法,探索电沉积过程多孔电极变孔隙结构条件下物质传输机制;综合考虑催化剂成核生长动力学与电极变孔隙特征,发展电沉积与物质传输耦合模型及数值计算程序,并结合数值模拟与实验表征阐明原位电沉积催化剂分布规律,优化电沉积参数,改善催化剂分布。研究成果将有助于发展高性能长寿命液流电池,促进间歇性可再生能源大规模储存与可靠利用。

项目摘要

项目探索了全钒液流电池负极催化剂原位电沉积过程铋离子浓度、电解液流量、电镀运行电流密度、电镀方式、流场结构等关键过程因素对铋催化剂在多孔电极中分布影响规律;并基于实验结果,创新性地提出了间歇电镀的方法,较传统恒流电镀方案,可以使得铋催化剂在多孔电极内实现更均匀的分布,进而提高了全钒液流电池的电压效率。项目系统研究了流场对电解液在电池内运输的影响规律,基于电化学物料传输耦合模型探究了流场结构参数对电池性能的影响,并提出了新型分级叉指型流场。该流道结构在传统单级叉指型流场结构的基础上,进一步构建了分层级的流道结构,克服了流道设计中物质传输与泵功损失的矛盾,能够更高效地把电解液输配到多孔电极中。基于原位电镀催化剂方法,开发出400 cm2瓦高性能全钒液流电池原型机,运行电流密度达到320 mA cm-2,输出功率达到150 W,考虑泵功的能量效率达到75%,这将为未来高性能液流电池电堆开发提供有力指导。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
2

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
3

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

DOI:10.16285/j.rsm.2019.1280
发表时间:2019
4

中国参与全球价值链的环境效应分析

中国参与全球价值链的环境效应分析

DOI:10.12062/cpre.20181019
发表时间:2019
5

基于公众情感倾向的主题公园评价研究——以哈尔滨市伏尔加庄园为例

基于公众情感倾向的主题公园评价研究——以哈尔滨市伏尔加庄园为例

DOI:
发表时间:2022

曾义凯的其他基金

相似国自然基金

1

氢溴液流电池高电密充放电过程的多相多组分传输现象

批准号:51276111
批准年份:2012
负责人:叶强
学科分类:E0607
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
2

碱性直接液体燃料电池质-荷-电耦合传输特性研究

批准号:51776156
批准年份:2017
负责人:李印实
学科分类:E0603
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
3

全钒液流电池内多物理过程规律与活性离子传输管理及电池优化研究

批准号:51876159
批准年份:2018
负责人:杨卫卫
学科分类:E0603
资助金额:61.00
项目类别:面上项目
4

直接乙醇燃料电池膜电极中物质传输特性研究

批准号:51506039
批准年份:2015
负责人:安亮
学科分类:E0607
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目