面向全钒液流电池MnxOy电催化剂的可控合成及其催化机理研究
批准号:
51504079
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
20.0 万元
负责人:
何章兴
依托单位:
学科分类:
冶金物理化学与冶金原理
结题年份:
2018
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘栋、葛明、徐爽、鲁原
中文摘要
全钒液流电池在大型储能领域有着广阔的应用前景,然而,低电化学活性的电极材料限制了全钒液流电池的发展。为此,本项目拟采用非贵金属锰系列氧化物MnxOy代替贵金属作为钒电对电催化剂,采用电沉积法在碳基电极表面负载MnxOy。通过控制碳基材料预处理、添加剂种类、沉积方式、沉积温度等因素在材料表面直接沉积具有不同形貌和物相的MnxOy,以便研究晶体结构、化学组成、形貌、生长取向对正、负极钒电对电化学性能的影响,进一步建立MnxOy物相、形貌与钒电对电催化性能的构效关系。通过深入的晶体结构和价键分析,总结MnxOy对电极反应的促进作用,从内、外扩散两方面研究钒离子在不同形貌材料上的扩散特性;最终从电极表面反应和扩散过程两方面揭示MnxOy对正、负极钒电对的催化作用机理。本项目对全钒液流电池电催化材料的合成和理论发展有重要意义,为新能源进一步应用提供关键理论参考和技术支撑。
英文摘要
Vanadium redox flow batteries has broad application prospect in large-scale energy storage field. However, the low electrochemical activity of electrode material limits the development of vanadium redox flow batteries. Therefore, this project intends to adopt a series of non-precious metal manganese oxide MnxOy insteading of precious metals as electrochemical catalyst for vanadium couples, depositing MnxOy on carbon-based electrode surface by electrodeposition method. The MnxOy with different morphology and phase can be deposited by controlling the condition such as pretreatment of electrode materials, kind of additives, deposition method, temperature and other factors, for investigating the effect of crystal structure, chemical composition, morphology, growth orientation on the electrochemical performance of the positive and negative vanadium couples, and then establish the relationship between the phase, morphology and catalytic properties of vanadium couples. The promotive effect of MnxOy could be summarized by analysis of the crystal structure and the valence bond, and the effect of the morphology of different materials on the diffusion process of vanadium ions could be investigated from internal diffusion and external diffusion. Finally, the catalytic mechanism of vanadium positive and negative vanadium couples coule be exposited from electrode reaction and diffusion process. The project has great significance on the synthesis and theory development of catalytic materials for vanadium redox flow batteries, providing critical theory reference and technical support for further application of new energy.
随着现代工业的发展,自然资源(如石油、矿产和天然气资源)正在减少,环境(如空气、水和土地污染)正在恶化。在资源枯竭和环境恶化的双重压力下,提高资源利用率、开发新能源、保护环境迫在眉睫。因此,包括风能、太阳能、地热能在内的清洁可再生能源的开发和利用越来越受到人们的关注。然而,由于自然环境的限制,新能源存在间歇性和波动性的缺点。为了克服这一问题,可通过将二次电池储能技术应用于大型能源系统,实现新能源的高效利用。全钒液流电池在大型储能领域有着广阔的应用前景,然而,低电化学活性的电极材料限制了全钒液流电池的发展。为此,本项目采用非贵金属锰系列氧化物代替贵金属作为钒电对电催化剂,采用电沉积法在碳基电极表面负载锰氧化物。在材料表面直接沉积具有不同形貌和物相的锰氧化物,建立了材料结构与电化学活性的构效关系。沉积的锰氧化物能较大地提高电极材料的电化学活性,将其做为全钒液流电池的电极,能提升电池的综合储能性能。采用新合成的电极应用于全钒液流电池,其放电容量和能量效率分别可以提升10%-20%和4%-10%。在此基础上,进一步制备了MnO2修饰的碳纸电极,采用静电纺丝方法开发了TiO2/C和ZrO2/C两种复合电极,发现复合氧化物具有非常好的电化学活性。本项目对全钒液流电池电催化材料的合成和理论发展有重要意义,为新能源进一步应用提供关键理论参考和技术支撑。
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N,P co-doped carbon microsphere as superior electrocatalyst for VO2+/VO2+ redox reaction
N,P共掺杂碳微球作为VO2 /VO2氧化还原反应的优异电催化剂
DOI:
10.1016/j.electacta.2017.10.169
发表时间:
2018-01-01
期刊:
ELECTROCHIMICA ACTA
影响因子:
6.6
作者:
[He, Zhangxing, Jiang, Yingqiao, Dai, Lei]
通讯作者:
Dai, Lei
Graphite felt electrode modified by square wave potential pulse for vanadium redox flow battery
方波电位脉冲修饰钒氧化还原液流电池石墨毡电极
DOI:
10.1002/er.3626
发表时间:
2017-03
期刊:
International Journal of Energy Research
影响因子:
4.6
作者:
[He Zhangxing, Jiang Yingqiao, Zhou Huizhu, Cheng Gang, Meng Wei, Wang Ling, Dai Lei, Wang L, Dai L]
通讯作者:
Dai L
Sulfonated Carbon Nanotubes as Superior Catalysts towards V3+/V2+ Redox Reaction for Vanadium Redox Flow Battery
磺化碳纳米管作为钒氧化还原液流电池 V3 /V2 氧化还原反应的优质催化剂
DOI:
10.1149/2.0751805jes
发表时间:
2018
期刊:
Journal of the Electrochemical Society
影响因子:
3.9
作者:
[He Zhangxing, Cheng Gang, Jiang Yingqiao, Wang Ling, Dai Lei]
通讯作者:
Dai Lei
Phosphorus Doped Multi-Walled Carbon Nanotubes: An Excellent Electrocatalyst for the VO2+/VO2+ Redox Reaction
磷掺杂多壁碳纳米管:VO2 /VO2 氧化还原反应的优异电催化剂
DOI:
--
发表时间:
2018
期刊:
ChemElectroChem
影响因子:
4
作者:
[Zhangxing He, Yingqiao Jiang, Jing Zhu, Yuehua Li, Lei Dai, Wei Meng, Ling Wang, Suqin Liu]
通讯作者:
Suqin Liu
Flexible electrospun carbon nanofiber embedded with TiO2 as excellent negative electrode for vanadium redox flow battery
嵌入TiO2的柔性电纺碳纳米纤维作为钒氧化还原液流电池的优异负极
DOI:
10.1016/j.electacta.2018.06.011
发表时间:
2018-08-10
期刊:
ELECTROCHIMICA ACTA
影响因子:
6.6
作者:
[He, Zhangxing, Li, Manman, Dai, Lei]
通讯作者:
Dai, Lei
共 10 条
Zn(002)晶面锌合金负极制备/运行稳定化全流程设计及机制研究
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批准号:22578113
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项目类别:面上项目
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资助金额:50.00万元
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批准年份:2025
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负责人:何章兴
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依托单位:
国内基金
海外基金