甲基磺酸铅液流电池石墨毡正极材料电化学氧化修饰开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

1. 引言

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

主要研究内容：

1. 制备不同氧化程度的石墨毡电极：NH₄HCO₃溶液浓度：0.2M,0.5M,1.0M,2.0M；i=400mA，U=2.0-3.5V vs SHE；充电氧化程度 分别为：0、100、200、300、400、500mAhg^-1。

2. 进行循环伏安法测试(CV): v=2、5、10、20mV.s^-1、T=10。

3、以修饰的石墨毡为阳极、泡沫镍附着石墨/聚合物电极为阴极，组装烧杯式模拟电池，进行恒流充放电表征，充电时间:1h；放电截止电压:1.1V vs SHE；20周期。

4、充放电结束后，收集沉积PbO₂的石墨毡，并制样，进行XRD显微分析。

5、选择性能较好的修饰后的石墨毡，进行XPS扫描，分析氧元素含量变化。

课题的关键技术：

电化学测试采用传统的三电极体系，其装置如图2.1所示。被测试体系由研究电极WE、参比电极RE和辅助电极CE组成。三电极体系有极化回路和电位测量回路两个回路。极化回路是研究电极和辅助电极之间的回路，有极化电流通过，极化电流大小的控制和测量在此电路中进行。电位测量回路是研究电极和参比电极之间的回路，该回路中用电位测量或控制仪器来测量或控制研究电极相对于参比电极的电位，这一回路电阻无限大，几乎没有电流通过。利用三电极体系既可以使研究电极的界面有电流通过，又不影响参比电极电位的稳定，因此，可以同时测定通过研究电极的电流和电位。

测量时，鲁金毛细管口与研究电极表面之间的距离要适中，既不能太远也不能太近更不能接触。接触就造成参比电极与研究电极之间的短路，太近，测得的电位值是局部的，不能代表整个电极表面的混合电位数值；除此之外还会影响电极表面变化情况，尤其影响到该处溶液中氧的补充。太远，溶液中的欧姆电压降不能忽略。一般情况下，鲁金毛细管口与研究电极表面之间的距离不小于2mm。

电化学测试手段：循环伏安法。

当线性电位扫描达到某一时间时（t = r），将电位扫描方向反向，以相同的速率回扫至起始电位，然后电位再次换向，反复扫描，即采用的电势控制信号为连续三角波信号。记录下的i 曲线，称为循环伏安曲线，这一测量方法称为循环伏安法（Cyclic Voltammetry，CV）。典型的循环伏安曲线如图 2.2 所示。循环伏安法是电化学测量方法中应用最为广泛的一种。

图2.2 典型的循环伏安测试曲线

电极材料修饰：电化学氧化

拟采取的研究方法、技术路线、实施方案及可行性分析

全沉积型铅酸液流电池碳基阳极材料改性研究

聚丙烯腈基石墨毡(GF)

电化学氧化：(NH4HCO3溶液浓度：0.2M,0.5M,1.0M,2.0M；i=400mA，充电氧化时间为100、200、300、400、500mAhg-1）

CV表征、恒流充放电； XRD、XPS显微分析。

研究石墨毡材料的系列改性，以碳酸氢铵溶液为介质，电化学阳极氧化处理GF，研究-COH、-COOH、-CNH₂含量变化对PbO₂/Pb(II)电化学活性的影响；保持充电电流i=400mA，研究充电氧化分别为100、200、300、400、500mAhg^-1时的改性效果。

本课题实验及思路如上述流程图所示，先完成电解液的优化选择，以聚丙烯腈基石墨毡为研究电极。接着，对其进行系列修饰改性，进行系列表征。碳纤维材料属于多孔材料，具有很好的比表面积，能够充分接触电解液。上述方案对实验设备及药品要求很简单，对实验操作要求也很简单，并且设计灵活。具有较好的可行性。