全钒氧化还原液流电池电解液的热力学性质研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 秦野 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2012 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 曾潮流 ; 严川伟 |
| 关键词 | 钒氧化还原液流电池 电解液 热容 溶解焓 体积性质 vanadium redox flow battery electrolyte heat capacity enthalpies of solution volumetric property |
| 学位专业 | 腐蚀科学与防护 |
| 中文摘要 | "全钒氧化还原液流电池是一种新型的电化学储能系统，具有可快速、大电流充放电、自放电率低和电池结构简单等特点，它是满足风能、太阳能等新型能源大规模储能的理想电源形式。钒电池正负极电解液为含VO2+/VO2+与V2+/V3+氧化还原电对的硫酸水溶液，它不仅是导电介质，更是实现能量存储的电活性物质，是钒电池储能及能量转化的核心，所以研究电解液的热力学性质对认识电解液中离子的存在形式、提高电解液的热稳定性及浓度，进而优化钒电池的性能至关重要。然而，国内外少有关这方面的系统研究工作，致使实验数据十分匮乏，成为进一步提高钒电池的运行性能和扩大应用的障碍之一。本文使用三种经典热力学研究方法研究了钒电解液的热力学性质，通过绝热量热法研究了不同温度下VOSO4·nH2O的热容，确定了VOSO4·nH2O可稳定存在的温区。用溶解热法研究了VOSO4在水和硫酸水溶液中的溶解焓，证明了氧钒离子在溶液中主要以[VOSO4]0离子对的形式存在，并获得了该离子对和自由氧钒离子的真实浓度。用密度法研究了不同温度和浓度硫酸氧钒水溶液的体积性质。 通过绝热量热计测量了VOSO4·nH2O在78-388 K温区内的低温热容，确定了VOSO4·nH2O可稳定存在的温区，并计算了80-370 K温区内的(HT - H298.15)、(ST - S298.15) 和(GT -G298.15)热力学函数值。此外，在372-382K温区内观察到了VOSO4·nH2O的脱水峰，根据脱水峰的热容曲线确定了脱水峰的峰温并计算了脱水过程的摩尔焓和摩尔熵。 利用恒温环境溶解反应量热计测量了不同质量摩尔浓度的 VOSO4·nH2O (n = 4.21、3.90、3.00和2.63)水溶液在(298.15±0.01) K的摩尔溶解焓，根据Archer的方法计算了VOSO4·nH2O的标准摩尔溶解焓。用外推的方法，获得了无水VOSO4的标准摩尔溶解焓，并计算了相对表观摩尔焓φL。根据Bjerrum离子结合理论和的φL值，结合半经验的方法，估算了[VOSO4]0离子对的形成反应焓。 利用恒温环境溶解反应量热计测定了VOSO4在水和硫酸水溶液中的摩尔溶解焓。在硫酸水溶液中VOSO4 摩尔溶解焓的负值比在纯水中要小很多，并证明了氧钒离子在溶液中主要以[VOSO4]0离子对的形式存在。借助VOSO4水溶液的离子缔合平衡和硫酸的二级解离平衡，改进了Archer方法，并用这种改进的方法分别估算了VOSO4在水中以及在硫酸水溶液中的标准摩尔溶解焓。根据离子缔合平衡和硫酸二级解离平衡的计算结果，计算了溶液中离子对和自由氧钒离子的浓度。 用Westphal天平测定了不同浓度和温度下VOSO4水溶液的密度，计算了硫酸氧钒水溶液的表观摩尔体积φVB、偏摩尔体积 和热膨胀系数a，研究了三者随温度和浓度的变化规律。通过热膨胀系数a可计算在冷热交替的环境下温度对电解质溶液体积胀缩值的影响。用Pitzer的表观摩尔体积方程对硫酸氧钒水溶液的表观摩尔体积进行了多元线性拟合，得到了标准偏摩尔体积和Pitzer参数。" |
| 公开日期 | 2013-04-12 |
| 源URL | [http://210.72.142.130/handle/321006/64422]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 秦野. 全钒氧化还原液流电池电解液的热力学性质研究[D]. 北京. 中国科学院金属研究所. 2012. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
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