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液流电池理论与技术——碳纤维增强型复合材料双极板研究被引量：2: 2014年; 双极板作为液流电池的关键材料之一,起到连接电池内部不同单电池的正极和负极,导通电池内电路,阻隔双极板两侧电解液相互渗透的重要作用。根据双极板材料的不同,可以分为金属板、石墨板与复合材料板。复合材料板克服了金属板、石墨板的缺点,耐腐蚀性强,机械强度好,能够满足液流电池的需要。碳纤维具有良好的导电性、力学性能和化学稳定性,通过加入碳纤维来改善双极板的性能,成为了研究人员常用的方法。本文综述了近年来国内外主要的碳纤维增强型复合材料双极板的研究成果,对不同的方法进行了比较,并指出了碳纤维增强型复合材料双极板的发展趋势。; 吴旭冉廖斯达李冰洋洪为臣王保国; 关键词：液流电池双极板复合材料碳纤维

锌-空气电池电解液Zn^(2+)浓度对析氢过程的影响被引量：3: 2014年; 水溶液体系的二次金属-空气电池通常具有安全环保的特点,但是充电过程中仍然存在析氢副反应的安全隐患。使用线性电势扫描方法、Tafel极化曲线及极限扩散电流密度参数定量分析了二次锌-空气电池体系电解液中Zn2+浓度对析氢反应过程的影响。结果表明,随着电解液中Zn2+浓度的提高,析氢过电势逐渐增大,Zn2+浓度在6mol·L?1 KOH溶液中达到0.4 mol·L?1时,析氢过电势超过2.42 V,析氢过电势比空白溶液提高1.2 V,并且Tafel极化曲线的截距超过1.5 V,析氢电势达到超高过电势范围。此外,由Zn2+提供的极限扩散电流密度提高至8.9A·cm?2,所对应的过电势提高700 mV。研究结果对于确立二次锌-空气电池极限充电范围提供定量依据,对电池安全平稳运行具有重要价值。; 马洪运范永生王保国; 关键词：锌-空气电池

全钒液流电池的稳态充电数值模拟被引量：1: 2015年; 为研究大容量蓄电储能全钒液流电池的充电能力,建立基于电池内部传递与反应相耦合的机理模型,模拟电池二维、等温、稳态、充电的状态,得到电池极化的比重数据,并从机理出发深入分析极化的主要来源.通过数值模拟碳毡电极电导率对电极过程的影响,给出反应区域的二维分布特点及规律.研究结果表明:欧姆极化约占总极化电压的50%,浓差极化约占30%,动力学极化占20%;反应区域的分布与多孔电极电导率及电解液电导率的相对大小有关,电流总是选择电阻较小的方式传导.; 廖斯达宋士强张剑波王保国; 关键词：全钒液流电池数值模拟多孔介质压缩比

锌空气电池关键问题与发展趋势被引量：10: 2016年; 电化学可充的锌-空气电池具有能量密度高、水系电解液安全和成本低等特点,是电能高效转换和储存的重要技术方向,无论作为动力电池用于纯电动汽车等移动交通工具,还是用于新能源发电过程储能,都具有广阔发展前景。但正极存在电极结构设计和催化剂开发问题,负极存在抑制枝晶、控制析氢和提高锌循环性能等挑战,严重阻碍了锌空气电池的商业化进程。本文详细分析了锌-空气电池的关键科学问题,尤其是关于空气电极的催化剂、电极结构、锌枝晶等问题,结合电池性能进行详尽讨论。归纳现有研究后认为:开发新型电催化剂和空气电极,发展循环寿命长、成本低的锌负极制造技术与工艺,是锌空气电池所面临的亟需解决问题和未来的发展趋势。; 洪为臣马洪运赵宏博王保国; 关键词：锌空气电池催化剂锌负极

全钒液流电池的隔膜研究与应用被引量：7: 2015年; 研究全钒液流电池的质子传导膜制备过程,提出高分子亲水/疏水相互作用诱导溶液相分离的成膜原理,进行制膜工艺放大,满足全钒液流电池的电堆制造与储能工程应用需要.突破现有＂离子交换＂传质机理的限制,利用电解液中不同价态钒离子与氢离子相比,存在体积和荷电量的差异,通过离子＂筛分＂和＂静电排斥＂效应进行离子选择性渗透.制成孔径分布在4~7 nm的聚偏氟乙烯质子传导膜,电导率为3.5×10-2S·cm-1,爆破强度高于0.3 MPa,面积800 mm×900 mm.利用扩散实验测定膜对H＋/VO2＋离子选择性,选择性系数达到306.利用该质子传导膜组装的15 k W电堆,充电/放电循环性能稳定,电流密度达到100 m A·cm-2,在700多个循环过程电流效率为93%,能量效率超过72%,具备产业化应用前景.; 青格勒图郭伟男刘平王保国; 关键词：质子传导膜全钒液流电池储能成膜机理

锌-空气电池空气电极研究进展被引量：4: 2017年; 电化学可充的锌-空气电池具有能量密度高、水系电解液安全、经济性强等特点,在电动汽车、便携式电源以及大型储能方面具有广阔应用前景,是发展绿色清洁能源的重要产业方向。但该电池的空气电极制备过程需要高性能催化剂和特殊的电极结构,这些问题严重制约了锌-空气电池的产业化进程。本文从催化剂开发和电极结构设计两个角度分析空气电极研究开发现状,并对今后催化剂及空气电极的发展趋势进行讨论。开发高活性、高稳定性、价格合理的双功能电催化剂,进行高度结构化的空气电极设计与制备工艺研究;发展适合于批量化制造的三电极结构的锌-空气电池是未来锌-空气电池的重要方向。; 许可王保国; 关键词：锌-空气电池空气电极电催化剂

液流电池理论与技术——荷电状态的表征被引量：9: 2015年; 电池实际可放出的瓦时容量与实际可放出的最大瓦时容量的比值定义为荷电状态,准确测定荷电状态对储能应用十分重要。本文从理论和应用角度,讨论全钒液流电池荷电状态的理论概念、工程定义和主要影响因素;提出2种确定最大瓦时容量的方法,其中实测法准确度更高,包含钒离子跨膜迁移、水分子扩散、负极电解液析氢和被氧化的信息,用于表征储能系统的荷电状态具有实际价值;阐述最大瓦时容量、电化学瓦时容量和理论瓦时容量的区别与联系。所提出的荷电状态确定方法,能够用于全钒液流电池SOC的估计。; 洪为臣李冰洋王保国; 关键词：液流电池荷电状态

质子传导膜内受限空间离子扩散过程被引量：4: 2013年; 以具有纳米尺度孔径的聚偏氟乙烯(PVDF)质子传导膜为对象,研究电解质溶液中水合离子在受限空间内的传递行为,证明使用纳米尺度多孔膜代替离子交换膜用于液流电池过程的可行性。利用渗透实验分别研究浓度场、压力场,以及不同渗透压条件下膜中离子扩散和水迁移现象,分析传质行为与膜结构和组成之间的关系。结果表明离子在纳米尺度孔径的PVDF膜中的扩散过程与溶液中类似,表观离子扩散系数不受浓度差推动力的影响;离子交换膜中的表观离子扩散系数随浓度差推动力提高而增加。在渗透压作用下,自制PVDF纳米孔膜的水迁移速率低于Nafion 117膜,水迁移带来的负面影响更小;对于H+/VO2+的离子选择系数超过300,有效透过H+而阻止VO2+,适用于全钒液流电池过程。; 青格乐图宋士强范永生王保国; 关键词：全钒液流电池膜结构

液流电池理论与技术——旁路电流模型与控制技术被引量：5: 2014年; 全钒液流电池(VFB)的电堆由若干单电池叠合在一起组成,通过公共流道和电解液分配管路连通多个单电池,电堆内部的电势差引起电解液中的离子定向迁移,形成旁路电流导致能量损耗。本文分析产生旁路电流和能量损耗的电堆结构机制,利用等效电路模型计算电堆内部旁路电流的分布,提出抑制和减小旁路电流的措施。通过设计合理的电解液流动管路,能够有效减缓旁路电流的影响,减小充电/放电循环过程的电荷损失,提高储能过程的能量效率。; 李明华范永生李冰洋王保国; 关键词：全钒液流电池模拟计算

液流电池理论与技术——全钒液流电池的数值模拟分析被引量：4: 2014年; 以全钒液流电池为研究对象,利用电池内部传递与反应相耦合的机理模型,模拟电池二维、等温、稳态条件下,电池充电过程电极参数对电池内部极化的影响规律,包括碳毡电极的几何结构参数(厚度Lt和压缩比CR)、电学特性参数(比表面积a和电导率σs)和操作参数(充电电流密度i)的影响。数值模拟结果给出Lt从1.5 mm增至3.5 mm,端电压仅降低3 mV;CR从0.1增至0.5,端电压降低16 mV;a从3.5×104 m2/m3增至3.5×106 m2/m3,端电压降低30 mV;σeff s从18.9 S/m增至164.4 S/m,端电压降低87 mV,并给出多孔电极内部过电势在不同σeff s条件下不同的二维分布特点;i从100 mA/cm2增至150 mA/cm2,端电压增大57 mV,若同比增大比表面积a,则端电压只增大46 mV。将数值模拟与宏观实验相对比,取得良好的一致性,表明了数值模拟与分析的可靠性。通过增大CR、a、σeff s可以明显提高电池性能,为进一步提高电极材料的性能、设计电极结构参数、选择操作参数提供了重要依据。; 廖斯达宋士强张剑波王保国; 关键词：全钒液流电池数值模拟多孔介质电极结构压缩比

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国家自然科学基金(21276134)

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