應用于新型氧化還原電池正極液的Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)電解質的研究.pdf

1、以Fe2+/Fe3+為正極活性物質具有諸多優(yōu)勢，如鐵的來源非常豐富，價格低廉，電極反應速率快，無毒、環(huán)保、安全等，主要用于Fe/Cr液流電池內。以Zn/Zn2+電對為負極活性物質同樣具有諸多優(yōu)勢，如鋅的來源也豐富，價格低廉，鋅負極具有較高的析氫過電位，電極反應速率快速，能量密度高，電極電位較負。因此以Fe2+/Fe3+vs.Zn/Zn2+為活性物質的Fe/Zn電池將綜合Fe/Cr電池和Zn/Zn2+作負極的優(yōu)勢，同時避免了Cr2+/Cr

2、3+用于負極液的不足，是一種成本低、安全、環(huán)保、無污染的液流電池。這些特點將為Fe/Zn電池的大范圍和大規(guī)模應用奠定良好的基礎。本論文工作主要圍繞了Fe2+/Fe3+所在的正極液的特性和Fe/Zn電池的充放電循環(huán)性能展開了研究，具體內容如下:
　　比較了Fe2+/Fe3+電對在HCl、H2SO4和甲基磺酸三種介質內的電化學性能。結果表明，Fe2+/Fe3+電對在HCl介質內的反應動力學優(yōu)于甲基磺酸和H2SO4介質內的。Fe2+、F

3、e3+在HCl介質內的擴散系數分別為3.732×10-6 cm2·s-1、4.423×10-6 cm2·s-1。組裝了Fe/Zn單電池，在充/放電循環(huán)測試中，HCl介質內，電池的放電容量在開始的幾個循環(huán)中急劇衰減。而MSA體系的充放電穩(wěn)定性能最優(yōu)，40 mA·cm2時，充電平臺為1.58 V～1.68 V，放電平臺為1.32 V～1.18 V，平均放電容量最高，故選用甲基磺酸作為Fe2+/Fe3+的支持電解質。
　　考察了鉑電極上

4、甲基磺酸溶液內Fe2+/Fe3+在不同電解液成分(甲基磺酸濃度1.0 mol·dm-3～3.0 mol·dm-3，甲基磺酸鐵濃度1.0mol·dm-3～2.0 mol·dm-3)中的電化學性能。循環(huán)伏安曲線的結果表明，Fe2+、Fe3+的擴散系數分別為3.689×10-6 cm2·s-1、4.333×10-6 cm2·s-1。電極反應的可逆性與甲基磺酸的濃度、甲基磺酸鐵的濃度均有關。提高甲基磺酸的濃度，電極反應的可逆性降低。甲基磺酸鐵的

5、濃度大于1.5 mol·dm-3時，電極反應的可逆性也降低。
　　考察了正極液內添加NH4Cl、KCl和NaCl，對電解液的電導率、粘度和電化學性能的影響。添加不同氯化物后，電解液的粘度、電導率均增大。循環(huán)伏安曲線和充放電測試的結果表明，添加氯化物可以提高電極反應的可逆性和反應動力學;添加氯化物的Fe/Zn電池的能量效率均比原始的高，電流密度為40 mA·cm2時，正極液內添加1.0 mol·dm-3 NH4Cl的電池的平均能量效