中文摘要：

全钒氧化还原液流电池（VRB）是规模发电用蓄电技术之一，它是一种电解质为液体的蓄电池。由于正极V(V)在硫酸溶液中的不稳定性及低的溶解度，制约了VRB能量密度的提高，致使VRB存在一个极限能量密度。离子液体具有良好的化学稳定性、溶解能力、电化学窗口宽等特点，在制备高能量密度、高稳定性电解液方面具有潜在的应用潜力。本申请就规模化蓄电VRB能量密度低等问题进行应用基础研究。通过了解充放电过程中钒离子的状态及迁移变化规律，研究VRB电解液的组成、结构与离子液体的构效关系；研究提高比能量的离子液体的种类，考量离子液体对钒离子的电极反应机理、电化学行为和失控反应机理的影响，解析极化现象和分析性能衰减机制，考查库仑效率、能量效率随充放电流变化的规律。本申请在化石能源日趋紧张的今天，对可再生能源开发和利用将产生深远影响。该课题关于离子液体在液流电池电解液中应用基础研究国内外尚属空白。

结论摘要：

全钒液流电池(VFB)是一种绿色环保的大规模储能技术之一，电池结构简单，更换和维修费用低；通过更换电解液可实现瞬间再充电；环境友好，是一种理想的绿色电池。VRB的正、负极反应均在液相中完成；它的功率和储能容量独立可调，电池的容量取决于电解液体积以及钒离子浓度，功率的大小取决于电堆的大小，提高钒离子的浓度和电解液的体积，就可以提高电池的储能容量。但是，存在五价钒不稳定的致命的缺点。为了提高钒电池的能量密度和电池性能及寿命，提高钒离子的浓度，增大电解液的稳定性是钒电池发展的一个重要方向。 离子交换膜是钒电池的关键材料之一，它的作用是分隔正负极电解液和选择性透过离子。钒电池用离子交换膜需要具备离子传导率高、稳定性好、寿命长及成本低的特点。目前，通用的Nafion膜具有质子传导率高、化学稳定性好等优点，是通用的钒电池用离子交换膜。但是，Nafion膜的阻钒性能差而导致自放电，严重地降低了钒电池的性能。 离子液体是一种由阴阳离子所组成的盐。大多数离子液体在较宽的温度范围内呈液态，电化学窗口宽,当其用在电池中时，可以有效地扩大电池的使用温度范围；溶解性能良好，可以溶解大多数无机物、有机物，同时还可增强某些物质的溶解性；在高温下物化性能稳定，不可燃。我们利用离子液体的这种特殊性质，就离子液体在VRB中的应用进行了以下研究 1） 将离子液体作为反应物之一, 用带有羧基的离子液体与还原后磺化聚醚醚酮（SPEEK）的羟基发生酯化反应，将离子液体接枝到聚合物链上进行改性制成复合质子交换膜, 复合膜的溶胀度和吸水率比改性前小，而质子传导率大，表现出比SPEEK膜更好的热稳定性，且随着接枝程度的增加，复合膜的热稳定性在一定温度范围内呈现一定的增大趋势，有望用于VRB中取代常用的Nafion膜； 2） 采用三种不同的离子液体作为添加剂，研究了VFB正极电解液中加入添加剂后的稳定性和电化学性能，并对其机理进行了一定的探讨。实验表明，添加这三种离子液体后，正极电解液的稳定性得到了明显增强，特别是，1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐的加入，可以很好地抑制V5+沉淀，有效提高了钒电池正极电解液的稳定性。添加量为1.0%时，BMIMBF4可以很好的降低反应电阻和溶液电阻，提高电解液电化学反应活性，使得电解液的电化学反应活性和电池的充放电性能都得到了提高。