本文介绍了一种构建可溶性铅液流电池的方案，该电池通过在甲基磺酸电解质中添加乙酸钠作为添加剂，从而延长了使用寿命。
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本文内容
摘要
摘要
本报告中，我们介绍了一种构建具有延长循环寿命的可溶性铅液流电池（SLFB）的方法。通过向电解液中添加足量的乙酸钠（NaOAc），可使SLFB的循环寿命延长超过50% 通过 长期恒电流充放电实验。PbO 的质量更高2 通过投掷指数（TI）测量，对添加了NaOAc的电解质在正极的电沉积过程进行了定量验证。扫描电子显微镜（SEM）获取的图像也显示出更完整的PbO结构。2 当使用添加了NaOAc的电解质时，SLFB的表面形貌。这项工作表明，电解质改性可能是经济可行地实现SLFB用于大规模能量存储的有效途径。
引言
太阳能和风能等可再生能源已发展数十年，但其间歇性带来了巨大挑战。对于未来整合了可再生能源的电网而言，电网稳定和负荷均衡至关重要，而通过集成储能系统可实现这一目标。氧化还原液流电池（RFBs）是适用于电网规模储能的有前景的技术之一。传统的RFB包含分隔阳极液和阴极液的离子选择性膜；例如，全钒液流电池已被证明具有高效率和长循环寿命1,2。然而，由于其组成材料成本高昂以及离子选择性膜效率低下，RFB在储能市场中的份额仍然非常有限。另一方面，Pletcher et al.1,2,3,4,5提出了一种单流可溶性铅液流电池（SLFB）。SLFB无需膜，因其仅含一种活性物质，即Pb(II)离子。在充电过程中，Pb(II)离子在正极电沉积为PbO2，在负极同时电沉积为Pb；放电时则重新转化为Pb(II)。因此，SLFB仅需一个循环泵和一个电解液储罐，相比传统RFB有望显著降低初始投资和运行成本。然而，目前报道的SLFB在常规流动条件下的循环寿命仍限制在200次循环以内<....
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方案
1. 含乙酸钠添加剂的SLFB烧杯电池的构建
注意：本节描述了构建含添加剂的流动电解池（SLFB）烧杯电池以进行长循环实验的步骤。该方案包括含添加剂与不含添加剂的电解液制备、电极预处理、电池组装以及效率计算。
- 甲基磺酸铅的制备（以1升1摩尔浓度为例）
- 在通风橱中，将274.6 g甲基磺酸（MSA，70%）加入装有搅拌子的烧杯中，用300 mL去离子水（DI水）溶解MSA。
- 称取223.2 g氧化铅(II)（98%），分批加入上述烧杯中，直至所制备的氧化铅完全溶解。
- 使用布氏漏斗和70 mm纤维素滤纸过滤，以分离未溶解的氧化铅。
- 重复此步骤3次。加入去离子水，定容至1 L。
- 无添加剂电解液的制备（300 mL）
- 将20.595 g MSA（70%）加入烧杯中，再向同一烧杯中加入150 mL已配制的1 M甲磺酸铅溶液。
- 加入去离子水至总体积为 300 mL，并搅拌电解液至均匀混合，得到含有 0.5 M 甲基磺酸铅和 0.5 M MSA 的溶液。
- 准备 含乙酸钠的电解质溶液（300 mL） <....
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结果
为了延长SLFBs的循环寿命，将NaOAc作为电解液添加剂加入。同时考察了添加与不添加NaOAc添加剂的SLFBs的循环性能，结果如图3所示。为了更方便地定量比较循环寿命，我们将SLFB的“失效”定义为在持续恒电流充放电条件下其库仑效率（CE）低于80%。在电解液（含0.5 M甲磺酸铅和0.5 M甲磺酸）中添加50 mM NaOAc，并在15 mA cm-2电流密度下进行40分钟充放电的条件下，图3a和3b显示SLFB的循环寿命大约延长了50%。我们统计的循环次数代表了电池在完全放电深度下的使用寿命。当充放电深度增加时，NaOAc添加剂对SLFB性能的积极影响更加显著，且在SLFB工作电位范围内未观察到额外的氧化还原反应11。
由于.......
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讨论
本文介绍了一种经济有效的方法，通过使用乙酸钠（NaOAc）作为电解液添加剂，以延长SLFBs的循环寿命。在进行长期循环实验之前，需按照步骤1所述对一批新的石墨电极和镍板进行预处理。由于商用碳电极之间可能存在不一致性，从而导致SLFBs性能出现偏差，因此步骤1.4中的物理/化学预处理至关重要，可有效去除表面残留物。步骤1.4的第二部分是采用电化学方法去除可能在0至1.8 V电位范围内引发氧化还原反应的杂质。 与 Ag/AgCl。如所示在 图3在15 mA cm的电流密度下，当向基于MSA的电解质中添加50 mM的NaOAc添加剂时，SLFBs的循环寿命延长了约50%-2 充电/放电持续时间为40分钟。
由于本研究的重点是电解质添加剂的作用，我们采用了烧杯电池而非流动电池，以尽量减少由流动条件带来的不确定性。烧杯电池通过磁力搅拌，转速约为200 rpm，以在不引起剧烈扰动的前提下维持电解质一定程度的浓度均匀性。实验中未控制烧杯电池的温度，因此其温度接近室温（25 ± 5 °C）。尽管温度.......
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披露
我们没有需要披露的内容。
致谢
本研究工作受到中国台湾科技事务主管部门的资助，资助编号为 NSC 102-2221-E-002-146-、MOST 103-2221-E-002-233- 和 MOST 104-2628-E-002-016-MY3。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 70 毫米纤维素滤纸 | Advance | ||
| Autolab | Metrohm | PGSTA302N | |
| BT-Lab | BioLogic | BCS-810 | |
| 商用碳复合电极 | Homy Tech,中国台湾 | 密度 1.75 g cm-3，电导率 330 S cm-1 | |
| 金刚石切割锯 | Buehler | ||
| 盐酸 | SHOWA | 0812-0150-000-69SW | 35% |
| 氧化铅(II) | SHOWA | 1209-0250-000-23SW | 98% |
| Lutropur MSA | BASF | 50707525 | 70% |
| 镍板 | Lien Hung Alloy Trading Co., LTD., 中国台湾, | 99% | |
| 硝酸钾 | Scharlab | 28703-95 | 99% |
| 扫描电子显微镜 | JEOL | JSM-7800F | 加速电压为 15 kV |
| 乙酸钠 | SHOWA | 1922-5250-000-23SW | 98% |
| 水净化系统 | Barnstead MicroPure | 18.2 MΩ • cm |
参考文献
- Soloveichik, G. L. Flow batteries: current status & trends. Chemical Reviews. 115 (20), 11533-11558 (2015).
- Ravikumar, M. K., Rathod, S., Jaiswal, N., Patil, S., Shukla, A. The renaissance in redox flow batteries. Journal of Solid State Electrochemistry. 21 (9), 2467-2488 (....
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