[发明专利]一种液流电池多孔电极反应动力学参数测试方法

说明书

本发明涉及液流电池领域，具体为一种液流电池多孔电极反应动力学参数测试方法。采用对称结构电池，通过极化曲线测试从电池的总极化曲线中减去总欧姆及总浓差极化获得正负极的总活化极化曲线，结合对称结构电池中正负极氧化还原对相同且反应物浓度相等的特点，对总活化极化取半来获得单极电化学反应的活化极化，最后根据Tafel理论中活化极化与电流密度之间的关系式计算得到多孔电极上的电极动力学参数。本发明利用简单的对称结构电池设计和常见的极化曲线测试手段来研究液流电池中多孔电极上的电极动力学，可广泛应用于各类氧化还原对在不同类型多孔电极上的电极动力学研究，实用性强、操作简便、成本低。

技术领域

本发明涉及液流电池领域，具体为一种液流电池多孔电极反应动力学参数测试方法。

背景技术

在液流电池中，电解液中的活性物质在多孔电极上的电极动力学至关重要，电极动力学直接影响电池的活化极化，进而影响电池的电压效率。目前，液流电池中的电极动力学测试方法主要有循环伏安法、线性扫描伏安法及电化学阻抗谱法，现有方法只能体现电极的二维结构性质，而不能反应实际应用中真实多孔电极的三维结构以及真实面积等重要信息，极大地限制了液流电池中电极动力学测试的准确性和实用性。另外，用于指导液流电池工程设计的电化学仿真工作非常依赖于电极动力学参数的准确性，而由平面电极作为工作电极测得的电极动力学参数会导致电化学模拟结果与实验结果难以一致，从而降低仿真工作的工程指导意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液流电池多孔电极反应动力学参数测试方法，利用简单的对称结构电池设计和极化曲线测试手段，利用Tafel理论，实现对多孔电极上电极动力学的研究。用本发明方法测得的多孔电极动力学参数，可准确反应液流电池中的电极动力学过程，进而可有效地指导液流电池的工程设计。

本发明的技术方案是：

一种液流电池多孔电极反应动力学参数测试方法，采用对称结构电池，通过电池极化曲线测试从电池的总极化中减去总欧姆极化和总浓差极化获得正负极的总活化极化，利用对称电池中正负极采用同一个氧化还原对且反应物浓度相等的特点，正负极的活化极化基本相等，从而获得多孔电极上一个电化学反应的活化极化，再结合Tafel理论中活化极化与电流密度之间的关系式计算多孔电极上的电极动力学参数。

所述的液流电池多孔电极反应动力学参数测试方法，对液流电池中的多孔电极不限材料和结构，多孔电极为石墨毡、碳毡、碳纸和泡沫镍的各类多孔介质材料之一。

所述的液流电池多孔电极反应动力学参数测试方法，液流电池中的电解液不限浓度且不限氧化还原物质种类，各类可用于液流电池的电解液均包括在内。

所述的液流电池多孔电极反应动力学参数测试方法，对称结构电池的正负极采用相同的电解液，即电池正负极的氧化还原对相同，氧化物与还原物摩尔浓度比为1∶1，且正负极电解液流经同一个储液罐，正负极反应物的浓度保持不变且相等。

所述的液流电池多孔电极反应动力学参数测试方法，电池总欧姆极化采用电流与电池内阻之积获得，其中电池内阻采用测量电池内各组件阻值以及接触内阻之和获得。

所述的液流电池多孔电极反应动力学参数测试方法，电池总浓差极化由如下公式计算获得：

η_conc(单位，V)为电池总浓差极化，T(单位，K)为电解液温度，i(单位，A/m²)为电流密度，cr(单位，mol/m³)为反应物浓度，R(单位，J/(mol·K))为理想气体常数，F(单位，C/mol)为法拉第常数，k_m(单位，m/s)为电解液内的传质系数，abs为取绝对值运算符。

所述的液流电池多孔电极反应动力学参数测试方法，电解液的传质系数与电解液流速有关，在不同流速下测量电池的极限电流，再结合极限电流与传质系数的如下关系：