石墨电极电氧化处理条件的优化及其对V(IV)/V(V)电对的伏安特性的影响

• 作 者: 冯建松;马淳安;褚有群;李照华;陈三名;
• 机 构: 浙江工业大学化材学院,浙江,杭州,310032
• 出 处: 第2届国际有机电化学与工业研讨会暨第12届全国有机电化学与工业学术会议
• 发表日期: 2010年期

全钒氧化还原液流电池(all vanadium redox flow battery,VRB，简称为钒电池)，被认为是最有可能实现地简单高效的大规模储能装置。自1985年被澳大利亚新南威尔士大学的Maria Kazacos等人提出后得到了广泛的研究[1-2]。由于钒电池中阴氧极电对分别为V(Ⅱ)/V(Ⅲ)和V(Ⅳ)/V(Ⅴ)，这就最大限度的减少了两电极的电解液的交叉污染，延长了电池的使用寿命；而且其中电解液是循环流动的，这样就大大减少了电池的浓差极化。此外，钒电池的输出功率和它的容量是相互独立的，这就使其电池的容量可以根据需要任意扩大。由于其极高的能量转化效率，在风电、太阳能的储存，及电网调峰方面有着非常光明的前景 [3-5]。我国风能资源储量居世界首位，仅陆上可供开发的风电装机容量就达2.5亿千瓦。近几年来，在一系列政策支持下，我国全社会投资风电的积极性空前高涨。二〇〇八年我国风电装机容量已达到一千二百万千瓦。这就为钒电池的应用提供了一个巨大的市场。因而钒电池的研究有重大的现实意义和市场价值。本文以光谱纯石墨为电极材料，以V(Ⅳ)/V(Ⅴ)为研究电对（含0.1mol/L 硫酸氧钒，2mol/L 硫酸为支持电解质），研究了不同溶液中恒压电氧化处理对电极活性的影响，最后提出以可逆度为试验指标，以溶液浓度，电氧化时间，氧化电压作为三个测试的因素，采用正交化方法对电极处理条件进行优化的方法。可逆度是我们自己定义的一个概念。可逆度的定义： r=2.3RT/nFΔφ×100％ 其中Δφ表示循环伏安法中氧化峰和还原峰的峰—峰电位差（Δφ=φpc-φpa），其它符号按电化学中的常用定义。在25℃时，可逆度有： r=0.059/Δφ×100％Δφ值越小则表明反应的可逆性越好。既可逆度r的值越接近于100％。结果表明：虽然石墨电极处理的重现性一般被认为是不好的，可正交化方法仍然表现出很好的指导意义。在0.8M硫酸溶液、3.5V电压、11分钟电氧化时间下处理的电极表现出良好的可逆性（可逆度接近90％）。此外本文也也发现电氧化的温度对电极的性能的影响也很明显，降低温度可使电氧化的电流有明显的降低，并且电极处理后的性能更好且重复性也更好。同时发现氢氟酸的加入可以有效的改善电对反应的可逆性。