全钒液流电池用高性能微纳分级孔CNF电极的设计制备及性能研究

基本信息
批准号:21506210
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:21.00
负责人:刘涛
学科分类:
依托单位:中国科学院大连化学物理研究所
批准年份:2015
结题年份:2018
起止时间:2016-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:邢枫,许鹏程,聂红娇,许驰
关键词:
静电纺丝全钒液流电池电极碳材料电化学性能
结项摘要

Electrode is one of the key materials of vanadium flow battery (VFB). Nowdays the thickness of the electrode is large and the resultant large internal resistance of VFB lead to the low working current density and the high cost of VFB. To resolve the contradiction among ohmic polarization, activation polarization and concentration polarization, the project proposed the idea of using carbon nanofiber web with micro-nano hierarchical pore structure as the electrode material of VFB. This kind of carbon nanofiber web was prepared by combining the co-electrospinning from multi-spinnerets with pore formed by activation techniques. In this design, the ultra-thin electrode thickness (tens - hundreds microns) will reduce the gap between the positive and negative current collector, hence reduce the internal resistance of VFB. The large surface area and plenty of oxygen-containing functional groups will provide the electrode the high electrocatalytic activity, and the micro-nano hierarchical pore structure will benefit to reduce the resistance during the mass transferring process. Therefore, it is a promising VFB electrode with high condutivity, high electrocatalysis activity and high mass transfer performance. In this project, further invesitigation will be focused on the relation between the perfomance and electrode structure, which will provide the basic theoretical guidance and experimental supporting for high performance VFB electrode.

电极是全钒液流电池(VFB)的关键核心部件之一,目前VFB用电极存在着电极较厚欧姆极化较大的问题,导致VFB工作电流密度较低而成本过高。本项目针对VFB电极中存在的欧姆极化与活化极化及浓差极化之间的矛盾问题,提出将多喷头静电纺丝制备碳纳米纤维(CNF)技术与活化造孔技术相结合,制备具有微纳分级孔结构的VFB用CNF电极材料的新构思。通过该设计,电极的超薄厚度(几十-几百微米)可大幅度降低电池欧姆极化;其较大的表面积和丰富的含氧官能团会赋予电极较高的电催化活性;而微纳分级孔有利于减小电解质溶液传质过程中的阻力,进而提高电极的导电性、电催化活性及传质性能。本项目将深入研究微纳分级孔CNF电极的构效关系和性能控制机制,为VFB用高性能电极的研发提供技术支持及理论依据。

项目摘要

大规模储能技术是实现可再生能源普及应用的关键技术。全钒液流电池(VFB)由于具有规模大、系统设计灵活、寿命长、安全性高等优点成为大规模高效储能的首选技术之一。然而,较高的电池成本阻碍了其商业化进程。电极是VFB的关键核心部件之一,目前VFB用电极存在着电极较厚欧姆极化较大的问题,导致VFB工作电流密度较低而成本过高。本项目针对VFB电极中存在的欧姆极化与活化极化及浓差极化之间的矛盾问题,通过将多喷头静电纺丝制备碳纳米纤维(CNF)技术与活化造孔技术相结合,制备出具有微纳分级孔结构的VFB用CNF电极材料。通过该设计,电极的超薄厚度(几十-几百微米)可大幅度降低电池欧姆极化;其较大的表面积和丰富的含氧官能团赋予电极较高的电催化活性;而微纳分级孔有利于减小电解质溶液传质过程中的阻力,进而提高电极的导电性、电催化活性及传质性能。本项目通过研究微纳分级孔CNF电极材料的形成机理及调控机制,明确了微纳分级孔CNF电极的孔结构、表面结构与其导电性能、电催化性能和传质性能之间的构效关系,确立了高性能VFB用微纳分级孔CNF电极的结构和制备方法。开发的高性能VFB用微纳分级孔CNF电极在工作电流密度为120mA/cm2时的库仑效率为96.0 %,电压效率为84.9 %,能量效率为81.6 %,140mA/cm2时500个循环效率无明显衰减。本项目研究结果发表SCI论文4篇,申请中国发明专利4项,授权1项,项目研究结果对于全钒液流电池高性能电极材料的开发具有重要的指导意义。

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

中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料LaBiMn_2O_6-Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)的制备与电化学性质

中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料LaBiMn_2O_6-Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)的制备与电化学性质

DOI:10.11862/CJIC.2019.081
发表时间:2019
2

重大生物事件与化石能源形成演化--兼论地球系统框架下能源学发展

重大生物事件与化石能源形成演化--兼论地球系统框架下能源学发展

DOI:10.11698/PED.2021.03.06
发表时间:2021
3

近红外光响应液晶弹性体

近红外光响应液晶弹性体

DOI:10.7536/pc200335
发表时间:2020
4

双相不锈钢水下局部干法TIG焊接工艺

双相不锈钢水下局部干法TIG焊接工艺

DOI:10.3901/jme.2022.04.048
发表时间:2022
5

不同内填材料生态复合墙体肋格单元试验研究

不同内填材料生态复合墙体肋格单元试验研究

DOI:
发表时间:2015

刘涛的其他基金

批准号:31770104
批准年份:2017
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:61302105
批准年份:2013
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81572436
批准年份:2015
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:61602426
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30900772
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50904016
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:91853111
批准年份:2018
资助金额:60.00
项目类别:重大研究计划
批准号:41801376
批准年份:2018
资助金额:26.20
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11875227
批准年份:2018
资助金额:66.00
项目类别:面上项目
批准号:20976046
批准年份:2009
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:81902598
批准年份:2019
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81473310
批准年份:2014
资助金额:73.00
项目类别:面上项目
批准号:11273024
批准年份:2012
资助金额:78.00
项目类别:面上项目
批准号:81200436
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81260406
批准年份:2012
资助金额:49.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:81573000
批准年份:2015
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:81401644
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51004116
批准年份:2010
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61505201
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60901069
批准年份:2009
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:91961114
批准年份:2019
资助金额:80.00
项目类别:重大研究计划
批准号:59476007
批准年份:1994
资助金额:7.00
项目类别:面上项目
批准号:21871039
批准年份:2018
资助金额:66.00
项目类别:面上项目
批准号:51665035
批准年份:2016
资助金额:44.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:21676081
批准年份:2016
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
批准号:10475095
批准年份:2004
资助金额:34.00
项目类别:面上项目
批准号:81560628
批准年份:2015
资助金额:39.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:81402322
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30670791
批准年份:2006
资助金额:27.00
项目类别:面上项目
批准号:30080017
批准年份:2000
资助金额:14.00
项目类别:专项基金项目
批准号:81602696
批准年份:2016
资助金额:17.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61300170
批准年份:2013
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51908478
批准年份:2019
资助金额:29.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31900400
批准年份:2019
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41801146
批准年份:2018
资助金额:26.50
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81401476
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:40776072
批准年份:2007
资助金额:40.00
项目类别:面上项目
批准号:81302672
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60903004
批准年份:2009
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61901501
批准年份:2019
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81000182
批准年份:2010
资助金额:10.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51374055
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:41376143
批准年份:2013
资助金额:78.00
项目类别:面上项目
批准号:51601078
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81502819
批准年份:2015
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51265027
批准年份:2012
资助金额:50.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:51409059
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31701355
批准年份:2017
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81860510
批准年份:2018
资助金额:34.80
项目类别:地区科学基金项目
批准号:41461064
批准年份:2014
资助金额:51.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:61372165
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:51775485
批准年份:2017
资助金额:56.00
项目类别:面上项目
批准号:51702036
批准年份:2017
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21376087
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:51773186
批准年份:2017
资助金额:61.00
项目类别:面上项目
批准号:11704113
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41202204
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51474162
批准年份:2014
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:81201655
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81760795
批准年份:2017
资助金额:33.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:81874276
批准年份:2018
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:31301698
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41761088
批准年份:2017
资助金额:38.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:61903311
批准年份:2019
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31560157
批准年份:2015
资助金额:42.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:50703011
批准年份:2007
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:91636101
批准年份:2016
资助金额:90.00
项目类别:重大研究计划
批准号:41672272
批准年份:2016
资助金额:66.00
项目类别:面上项目
批准号:61403049
批准年份:2014
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11905277
批准年份:2019
资助金额:30.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21778005
批准年份:2017
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:31400850
批准年份:2014
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81260624
批准年份:2012
资助金额:49.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:31500778
批准年份:2015
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41306075
批准年份:2013
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:69276034
批准年份:1992
资助金额:3.00
项目类别:面上项目
批准号:20503036
批准年份:2005
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61633006
批准年份:2016
资助金额:260.00
项目类别:重点项目
批准号:81101938
批准年份:2011
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51807139
批准年份:2018
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30801098
批准年份:2008
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51774216
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:30870104
批准年份:2008
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:31860075
批准年份:2018
资助金额:42.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:31501072
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50965011
批准年份:2009
资助金额:25.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:21101021
批准年份:2011
资助金额:35.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61503421
批准年份:2015
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:20706001
批准年份:2007
资助金额:17.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61505158
批准年份:2015
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81871434
批准年份:2018
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:60674110
批准年份:2006
资助金额:18.00
项目类别:面上项目
批准号:41201476
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61771483
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:21206020
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51408095
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81272658
批准年份:2012
资助金额:72.00
项目类别:面上项目
批准号:11805108
批准年份:2018
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31560085
批准年份:2015
资助金额:45.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:81902668
批准年份:2019
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51404238
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51003056
批准年份:2010
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61473054
批准年份:2014
资助金额:84.00
项目类别:面上项目
批准号:31900964
批准年份:2019
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31260075
批准年份:2012
资助金额:49.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:51805003
批准年份:2018
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61372090
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:30672694
批准年份:2006
资助金额:28.00
项目类别:面上项目
批准号:51808214
批准年份:2018
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81160475
批准年份:2011
资助金额:51.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:91836301
批准年份:2018
资助金额:430.00
项目类别:重大研究计划
批准号:81173313
批准年份:2011
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:11403033
批准年份:2014
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21303073
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:40406027
批准年份:2004
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目

相似国自然基金

1

全钒液流电池用新型离子交换膜构效关系及其电池性能研究

批准号:20973099
批准年份:2009
负责人:席靖宇
学科分类:B0905
资助金额:32.00
项目类别:面上项目
2

面向全钒液流电池的高性能聚酰亚胺酸碱复合膜的研究

批准号:21376253
批准年份:2013
负责人:王丽华
学科分类:B0804
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
3

传质对全钒液流电池性能的影响

批准号:51476107
批准年份:2014
负责人:孙红
学科分类:E0601
资助金额:83.00
项目类别:面上项目
4

全钒液流电池用酸碱复合型海绵状多孔离子传导膜的结构设计、制备与性能研究

批准号:21606119
批准年份:2016
负责人:陈冬菊
学科分类:B0804
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目