科研文献中钒液流电池的性能参数测试方法与基础材料

器件与试剂名称

纯度／型号

生产厂家

电极材料

聚丙烯腈毛毡

KD-WD220^[3]

凯盾新材料科技有限公司

石墨毡

厚度5 mm^[3]

辽宁金谷碳材料股份有限公司

聚丙烯腈基碳毡

孔隙率90%^[2]

辽宁金谷炭材料股份有限公司

聚丙烯腈基碳毡

厚度3 mm/4 mm

辽宁金谷炭材料股份有限公司

碳毡电极

/^[4]

甘肃宏伟碳

隔膜材料

质子交换膜

Nafion 212^[2,3]

美国杜邦公司（美国科慕化学）

全氟磺酸离子膜

55 μm^[4]

朝阳华鼎有限公司

聚醚醚酮SPEEK

55.0μm^[1]

英国Victrex公司

聚砜

P3500^[4]

Solvay Advanced Polymers

聚苯并咪唑PBI

99%^[1]

苏州友群塑化有限公司

聚苯并咪唑PBI

AR^[6]

上海盛钧塑胶科技有限公司

电解质

VOSO4·6H2O

99.9 %^[3]

默克Sigma-Aldrich公司

VOSO4·6H2O

99.9 %^[2,4]、97%^[1]

沈阳市海中天精细化工厂

浓硫酸

AR，98%^[2,3]

国药集团化学试剂有限公司

浓硫酸

98%

大连海运试剂厂

浓盐酸

AR^[4]

天津市富宇精细化工有限公司

双极板

高纯石墨板

HP-100^[3]

沈阳化学品有限公司

高密度石墨板

1.9 g cm^-3[3]

上海弘俊有限公司

电池测试系统

CT-3008^[2,3]

深圳市新威尔电子有限公司

电化学工作站

Ref 600^[2,3]

美国Gamry公司

单电池

（1）参数：电解液组成为1.7 M总钒离子+3 M硫酸，流量为40 mL/min；半电池电解液体积为45 mL；流液框为聚氯乙烯PVC；

（2）恒流充放电：恒流充放电时充放电电流为2.8 A(100 mA/cm²)，充放电电压区间为1.1 V-1.65 V（深圳市新威尔电子有限公司，CT-4008-5V10A）^[5]。

（1）参数：以石墨板为集流体，石墨毡为电极，膜有效面积为14 cm²。正负极初始电解液相同，均由含1.7 mol·L-1的Vⁿ⁺(其中V³⁺/V⁴⁺的摩尔比为1:1)和4.5 mol·L-1的SO₄^2-的H₂SO₄溶液构成。正负极电解液的体积均为50  ml，电解液流速30 ml·min^-1。

（2）恒流充放电：充放电电流密度分别为40、60、80和100 mA·cm^-2，为减少对石墨板和碳毡电极的腐蚀，将充放电截止电压范围设置为0.8 V-1.65  V（深圳市新威尔电子有限公司，CT-4008-5V6A）。

（3）自放电测试：利用OCV来评估VRB的自放电程度，在60 mA·cm^-2的电流密度下对电池进行恒流充电至75%的荷电状态，然后设定长时间搁置，电压下限为0.8 V，记录的搁置时间即为自放电时间。

（4）循环性能测试：设定电压范围为1.65 V-0.8 V，在80 mA·cm^-2的电流密度下进行100圈循环的充放电测试，通过电池的效率变化和容量保持率来评价充放电过程中的稳定性。^[6]

（1）对于自放电测试，以Nafion 115为交换膜的单电池约为41 h。

（2）对于循环性能测试：100圈循环中单电池的电池效率只在较小的范围内波动，而没有出现明显的衰减。

（3）对于循环放电容量，以Nafion 115为交换膜的单电池的容量保持率为67.2%。

（1）参数：单电池中，两块石墨毡尺寸为30 mm×30 mm×2.2 mm，两块石墨双极板和两块铜板共同作为集流体，所有部件都由两块带螺栓的碳钢板夹紧。正极和负极的电解质为25 mL的1.65 M的VO²⁺/V³⁺（VO²⁺/V³⁺=１：１）在3 M H₂SO₄溶液中，循环流速为40 mL·min^-1。

（2）循环稳定性测试：电流密度范围为100-500 mA·cm^-2，长期循环测试在固定电流密度下进行。（深圳市新威尔电子有限公司，CT-3008-5V6A）^[1]。

（1）对于自放电测试，以Nafion 212为交换膜的单电池约为19.5h。

（2）对于100次循环后的循环放电容量，以Nafion 212为交换膜的单电池的容量保持率为26.9%。

实验室小型模块

（1）参数：电解液体积180 mL，流量为160 mL/min；电气连接为两串两并（串联×并联=2×2）；

（2）充放电测试：恒流充放电时充放电电流为5.6A(100 mA/cm²)，充放电电压区间为2.2 V-3.3 V（深圳市新威尔电子有限公司，CT-4008-5V10A）^[5]。

电堆

储能模块

（1）参数：电解液体积8 m³（250 kW储能模块）, 流量为40 m³/h；电堆装配数为8；电堆电气连接为四串两并（串联×并联=４×２）；

（2）充放电测试：充电过程采用恒功率和恒压的两段方式，放电过程采用恒功率方式，首先采用初始功率250 kW将模块充电至电压为375 V，然后恒压375 V继续充电至模块功率下降为150 kW，充电截止；以250 kW的恒定功率放电至模块电压为264 V，放电截止（荣信电力电子股份有限公司，RXSV-T-160/250）^[5]。