储能锌铈液流电池正极性能及其衰减机制的研究

As for the development of new energy sources，the technology of energy storage is the key one. The zinc-cerium redox flow battery is known as the energy storage system with the maximum cell voltage, which uses aqueous electrolyte. It is found in our previous studies that, the attenuation of the positive electrode performance is an important factor which influences the performance of zinc-cerium redox flow battery. So far, however,studies on attenuation mechanism of the positive electrode performance in the zinc-cerium redox flow battery are not available.Through confirming and interpretation of different factors on the positive electrode performance, we are ready to reveal the attenuation mechanism of the positive electrode performance in the zinc-cerium redox flow battery.We can provide scientific basis for the research and development of zinc-cerium redox flow energy storage system. At the same time, we can also provide a useful reference for the study about other similar types of energy storage systems. Therefore,the studies are to be carried out from three aspects:1) The effect and action mechanism that the supporting medium imposes on the attenuation of the positive electrode performance;2) The effect and action mechanism that the active substance Ce3+/Ce4+ imposes on the attenuation of the positive electrode performance;3) The effect and action mechanism that the cross infection between the negative electrolyte and the positive electrolyte imposes on the attenuation of the positive electrode performance.

储能技术是新能源开发的关键技术。锌铈液流电池是已知的单电池电压最高的水系储能电池。我们的前期研究发现，正极性能的衰减是影响锌铈液流电池整体性能的一个重要因素。至今，未见有关锌铈液流电池正极性能衰减机制的研究报道。我们拟通过证实和阐释不同因素对正极性能的影响，来揭示锌铈液流电池正极性能衰减的机制；为锌铈液流储能系统的开发研究提供科学依据，同时也为其它同类型储能系统的研究提供有益的参考。 为此,将从三个方面开展研究：1）支持介质对正极性能衰减的影响及作用机理；2)活性物质Ce3+/Ce4+对正极性能衰减的影响及作用机理；3）电解液的交叉感染对正极性能衰减的影响及作用机理。

储能技术是新能源开发的关键技术。锌铈液流电池是已知的电池电压最高的水系储能电池。正极性能的衰减是影响锌铈液流电池整体性能的一个重要因素。本项目的主要研究内容如下：1）正极电解液支持介质对正极性能衰减的影响及作用机理。重点考查了质子酸和添加剂对电极催化活性、化学及电化学稳定性衰减的影响及作用机理。 2）正极电解液活性物质Ce3+/Ce4+对正极性能衰减的影响及作用机理。重点考查了电解液在电极上的区域沉积和四价铈的强氧化性对电极催化活性、化学及电化学稳定性衰减的影响及作用机理。 3）电解液的交叉混合对正极性能衰减的影响和作用机理。重点考查了锌离子对电极催化活性、化学及电化学稳定性衰减的影响及作用机理。.本项目研究取得的重要结果、关键数据及其科学意义如下：1）电解液中氢离子浓度越高越有利于电极催化活性的改善，但由于氢离子浓度的提高相应的需要引入更高浓度的酸根离子，相应酸根阴离子浓度的提高会促使活性离子的络合，导致电极对其催化活性发生变化。四价铈在低酸度水溶液中易水解而在电极表面发生沉积，从而降低电极的催化活性；在高酸度时具有强氧化性，会腐蚀氧化电极，使电极表面产生刻蚀凹槽甚至脱落。电解液含2M的质子酸是比较合适的。2）锌铈液流电池电压高达2.4V以上，水溶液介质中析氢析氧副反应严重，使得电解液酸度持续降低。在负极电解液中使用缓冲溶液可以在一定程度上延缓电解液酸度的变化，但不能彻底解决锌铈液流电池析氢析氧的问题，探索非水介质锌铈液流电池是该电池应用研究开发的一个可行努力方向。3)电极表面的含氧官能团可以增强电极的亲水性，对Ce3+/Ce4+电极过程有催化活性，但是会降低电极的导电性。石墨中含2.5wt%氧化石墨烯的复合材料具有良好的电极性能。总之，通过本项目的实施，我们对锌铈液流电池正极性能的变化机制有了更清楚的认识，对下一步的工作有了更明确的方向。