全釩氧化還原液流電池導(dǎo)電塑料電極耐腐蝕性的研究
摘要：本文通過觀察導(dǎo)電塑料電極在全釩氧化還原液流電池中質(zhì)量與電阻的變化，研究了導(dǎo)電塑料電極在全釩氧化還原液流電池的腐蝕特點與原因。
1. 引言：全釩氧化還原液流電池是一種新型綠色環(huán)保電池，與其他二次電池相比，具有以下這些優(yōu)點（1）
（1）?????????????? 電池的容量可以通過添加更多電解液來提高，同時可以通過提高電解液的濃度來提高電解液的能量密度（常用的2M的電解液的電池能量密度Y約為25W/KG）。
（2）?????????????? 電池的成本隨著電池的功率增大而減小，這就更適合建立大功率的電池儲備站。
（3）?????????????? 可以通過建立地下的儲備站來減小占地面積，減少成本，同時可維護費用也很低。
（4）?????????????? 電池可以實現(xiàn)正真意義的瞬間充放電和深度充放電，電池的自放電也小。
其將在電網(wǎng)調(diào)峰，太陽能和風(fēng)能的二次儲備能源，應(yīng)急電源等方面有廣泛的應(yīng)用前景（2）。
Zhong S（3） 首先研究了導(dǎo)電PE做釩電池液流電極的充放電性能，中國的孟凡明（4）加工制備出的石墨板電池充放電效率達到了80%（電流為100A/CM2）。本文通過環(huán)氧樹脂基體導(dǎo)電塑料在全釩氧化還原液流電池的質(zhì)量與電阻的變化研究了導(dǎo)電塑料電極的腐蝕特點與機理。
2.實驗
2.1電極材料的制備
1）恒溫箱降低EP粘度
?? 取定量的EP，加入5%的稀釋劑，將恒溫箱調(diào)節(jié)到60℃，將配好的EP放置恒溫箱中約30-40分鐘，使EP的粘度降下來。
2）配置石墨懸浮溶液
按照不同的比例配置石墨，碳黑的懸浮溶液。取定量的石墨，加入體積比約為2倍的丙酮溶液，放入超聲波清洗器中約30-35分鐘。
3）溶液混合
?將配置好的EP和石墨的懸浮液，再加入定量的固化劑，消泡劑，內(nèi)脫膜劑，溶液混合。先將EP和固化劑溶液混合，再將其加入到石墨的懸浮溶液中，同時加入消泡劑，內(nèi)脫膜劑，隨后將之放入攪拌器中攪拌約半個小時。
4）溶劑揮發(fā)
將以上溶液放置在通風(fēng)櫥中的水浴鍋中，揮發(fā)掉丙酮溶劑。水浴鍋中的溫度為60℃，時間為60-80分鐘。
5）模壓制備電極材料
模具大?。?0mm×60mm×3mm。將模具上下墊一層錫紙，置于兩鋼板中。烘干的試樣粉末放于模具，置于平板硫化機中壓片。溫度：90℃，壓力：10～1MPa。虛搭5min，壓片50min。取出，冷卻后即得復(fù)合電極。
2.2.電極材料的耐腐蝕性實驗
? 將導(dǎo)電性好的電極材料放置在2M的硫酸氧釩電解液（硫酸濃度為2M），每過一段時間測試電極的電阻的變化和質(zhì)量的變化，并記錄。
3.結(jié)果與討論
3.1電極材料的耐腐蝕實驗結(jié)果（略）
3.2電極材料耐腐蝕性分析與討論
??? 電極材料在電解液溶液中的腐蝕機理是十分復(fù)雜的。首先電極材料的是由環(huán)氧樹脂和石墨組成的，而電解液溶液里面具有氧化性的高價釩離子和硫酸，還有大量的水分子，氫離子等。而對于環(huán)氧樹脂，選擇不同的固化劑，其結(jié)果是截然不同的，而碳黑和石墨腐蝕機理也是不盡相同的。
而對于環(huán)氧樹脂固化物來說，但在一定酸性和水的長期作用，也是有一定的腐蝕的。高分子的腐蝕一般主要有溶劑的溶脹，小分子的破壞，化學(xué)腐蝕，力學(xué)腐蝕等。在本實驗的條件下，高分子主要受到水分子的溶解，硫酸的氧化，以及高價釩離子的氧化，還有氫離子的作用等。氧化的主要是環(huán)氧樹脂的環(huán)氧端基，破壞環(huán)氧樹脂的大分子結(jié)構(gòu)，如果這種作用長期作用，將逐漸讓環(huán)氧樹脂固化物出現(xiàn)裂紋。不同的高分子其耐水性是不一樣的，水分子，氫離子等這些小的分子，離子與高分子長期接觸，將慢慢滲透到高分子的結(jié)構(gòu)缺陷中。
從實驗的數(shù)據(jù)可以看出，與石墨腐蝕所不同的，是導(dǎo)電高分子的質(zhì)量是增加，增加的速度是一開始的數(shù)小時增加很快，到后來起質(zhì)量基本維持不變，或者說有很微量的增加。而電極材料的電阻也是首先增加很快，隨后還出現(xiàn)個緩慢的減小，之后有緩慢增加。
這一點完全可以解釋的。質(zhì)量首先出現(xiàn)一個大的增值，是因為一開始的時候環(huán)氧樹脂的結(jié)構(gòu)缺陷還是比較多的，容易受攻擊，這個時候?qū)⒂休^多量的水分子和氫離子等小分子，離子進入到導(dǎo)電高分子結(jié)構(gòu)中去，這首先影響了導(dǎo)電高分子導(dǎo)電粒子之間的距離，而且這個時候水分子，氫離子的分布是不均勻的，所以導(dǎo)電材料的電阻會有一個大的增幅。隨后，質(zhì)量的增量減少，這是因為在這個時候?qū)щ姼叻肿拥慕Y(jié)構(gòu)缺陷已經(jīng)減少了，容易受攻擊的地方減少了，而且這個時候水分子進入到導(dǎo)電高分子基體這個過程已經(jīng)達到了動態(tài)平衡，所以質(zhì)量的變化只有微小的增量。這個時候為什么電阻反而會下降呢？因為這個時候的水分子，氫離子等小分子分布在導(dǎo)電高分子中基本是均勻的，而這些小分子是極性的，比EP的導(dǎo)電性好，所以導(dǎo)電高分子的電阻會下降。
如果將電極材料長期放置在電解液中，電解材料的電阻和質(zhì)量會基本維持不變。放置2周后只有電阻和質(zhì)量的增加，未出現(xiàn)破壞，裂紋等現(xiàn)象。
4.結(jié)論：
（1）導(dǎo)電塑料電極在全釩氧化液流電池中的主要腐蝕形式為刻蝕，開裂等；
（2）導(dǎo)電塑料電極的在全釩氧化液流電池中的電阻的變化總的趨勢是增加，但不是逐漸增加的，先經(jīng)過一個大的增長后稍微減少，后又逐漸增加。
（3）電極的腐蝕機理較為復(fù)雜，但主要為酸性破壞，強氧化性破壞，以及小分子的熔脹。
參考文獻：
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（4）崔艷華，孟凡明等 千瓦級釩電池用復(fù)合石墨板的研制 工程物理研究院科技年報 2003， 1：347。