醌溴液流电池创新实验报告.docx

本科生创新实验
实验报告
学院:化工与环境学院
专业:能源化学工程
指导老师:
报告人:chengshijian
一、实验名称
液流电池及其性能影响因素
二、实验目的
验证并解释电解液流率与充放电电流对液流电池装置性能(如容量、放电中压、充放电
效率等性能参数)的影响。
三、实验原理
1、电化学原理
蒽醌-溴化锌液流电池具有无高价态金属离子成分,廉价低毒等优势。原理如下图所示:

如同典型的液流电池装置,本实验采用的蒽醌-溴液流电池只是将电解液活性物质进行了改进(一般来说是钒、铬等拥有多个高价态的有毒金属离子化合物),而主要原理仍是通过泵将储罐中的正负极活性物质运送至相应电极表面进行反应后再回到储罐中循环使用。因此液流电池的含能物质是电解液中的活性物质而非普通二次电池是在电极表面或内部(典型的如钴酸锂、镧系储氢合金等),这个特性使得液流电池的容量不再受制于电极物质,只要循环的电解液流足够多,理论上容量也会无限扩展。而且液流电池也具有循环性能好,可靠性安全性高等优势,所以成为了目前大型储能装置及电网调控系统的重点研究方向。
正极电解液电极反应式:

【蒽醌的氧化还原过程通过将一对醌羰基还原为羟基实现,从而使有机分子具有可替代金属离子作为电解质的性能】
负极电解液电极反应式:
Br2+2e-→2Br- E0=+
以此计算,在不考虑两侧溶液浓度是否为标准情况时,该电池的理论工作电压为:φ1-φ2=
2、配套装置原理
由于正负极采用了不同的电解液体系,但仍需保证两极间的H+离子运输(酸性体系蒽醌采用稀硫酸溶解,PH≤1),因此隔膜采用了常见的质子交换膜,可以选择性的透过H+ 。
传质机械采用的是非接触式的蠕动泵,具有可输送腐蚀性液体的优点。蠕动泵的原理是运用一套摆线行星轮的转动,对耐腐蚀橡胶管内的液流进行不间断推挤,以此达到输送液流的目的,即工业上所谓的体积式泵。这种泵的特性是流体压强呈脉冲状变化,而不同于真空泵、离心泵等能够保持恒定的压强,但是这个特点对于本实验中的液流电池影响并不大,除此之外反而更有利于通过泵的转速计算流量(蠕动泵每转动一圈,所运送的液流体积是一定的,波动很小)
以下表格为实测转速-流量对应数据(每组为三次实验结果的平均值):
转速(rpm)
流量(ml/min)
45
84
55
102
65
120
75
136
85
156

对于实验结果的检测,采用了LAND电池测试系统及配套软件。电池测试系统在试验中的作用相当于实际使用中的外电路荷载,可以对其设定需要的工作电压或电流,对本装置进行恒压或恒流充放电,并实时检测电路数据的变化,进而获得电池性能的参数和图线以供分析。

(充电电流大小为500mAh,,)
右侧面板中可以读出数据处理所需的充电容量、放电中压、效率等参数
四、实验内容
1、装配液流电池,(固定夹板及电池测试系统组件未画出):

本实验使用了科学实验的最基本方法,控制变量法。实验主体部分分为两大块:
2、测定不同蠕动泵转速下的电池性能,绘制变化曲线并分析原因。
(具体要求:在65rpm的转速下,通过改变充放电电流大小研究电池性能影响)
3、测定不同充放电电流下的电池性能,绘制曲线并分析。
(具体要求:在900mA固定充放电电流下,通过改变电解液流量研究电池性能影响)
4、对液流电池性能影响因素进行总结性讨论。
五、实验步骤
1、配制溶液:将浓硫酸稀释为约1mol/L的稀硫酸,此时加入称好的蒽醌粉末,溶液呈浅黄绿色,此时仍有少量未溶,可放入40℃水浴锅中加热溶解。充分溶解后,;溴化锌溶液可直接用购得的标准溶液稀释配制(需盛放在遮光容器内)。
2、组装电池:按本页装配图将电池的各部件组合起来,同时每层间需要垫付生料带进行密封,将固定夹板上的进液管和出液管与流场板背面的进液出液口分别对齐(接口处由自制的匹配口径生料带密封圈密封),确保每层间对其密封无误后,旋紧固定夹板边缘的螺杆即可。
3、密封性测试:对电池两级的流场板分别进行试验性通液,当液流稳定(透明管内无气泡)时,仔细观察各连接和缝隙部分是否有渗漏现象,如一段时间内运转稳定无漏液,则可判定装置组合密封良好,进入下一步。
4、测试电路调试:按图中所示将电池检测系统的接头夹在相应的电极上,打开两侧的蠕动泵。同时设定所需的转速,在系统界面上设定工作电流大小,充放电截止电压(-)以及循环次数,设定