[發明專利]一種液流電池多孔電極反應動力學參數測試方法

有效

• 申請號: 201910826102.1
• 申請日: 2019-09-03
• 公開（公告）號: CN110568051B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 唐奡;熊靜;李享容;嚴川偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: G01N27/48
• 分類號: G01N27/48;G01R31/385;H01M8/18
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

1.一種液流電池多孔電極反應動力學參數測試方法，其特征在于，采用對稱結構電池，通過電池極化曲線測試從電池的總極化中減去總歐姆極化和總濃差極化獲得正負極的總活化極化，利用對稱結構電池中正負極采用同一個氧化還原對且反應物濃度相等的特點，正負極的活化極化相等，從而獲得多孔電極上一個電化學反應的活化極化，再結合Tafel理論中活化極化與電流密度之間的關系式計算多孔電極上的電極動力學參數；

對稱結構電池的正負極采用相同的電解液，即電池正負極的氧化還原對相同，氧化物與還原物摩爾濃度比為1:1，且正負極電解液流經同一個儲液罐，正負極反應物的濃度保持不變且相等。

2.按照權利要求1所述的液流電池多孔電極反應動力學參數測試方法，其特征在于，液流電池中的多孔電極為碳氈、碳紙和泡沫鎳的多孔介質材料之一。

3.按照權利要求1所述的液流電池多孔電極反應動力學參數測試方法，其特征在于，電池總歐姆極化采用電流與電池內阻之積獲得，其中電池內阻采用測量電池內各組件阻值以及接觸內阻之和獲得。

4.按照權利要求1所述的液流電池多孔電極反應動力學參數測試方法，其特征在于，電池總濃差極化由如下公式計算獲得：

η_conc為電池總濃差極化，單位，V；T為電解液溫度，單位，K；i為電流密度，單位，A/m²；c_r為反應物濃度，單位，mol/m³；R為理想氣體常數，單位，J/(mol·K)；F為法拉第常數，單位，C/mol；k_m為電解液內的傳質系數，單位，m/s；abs為取絕對值運算符。

5.按照權利要求4所述的液流電池多孔電極反應動力學參數測試方法，其特征在于，電解液內的傳質系數與電解液流速有關，在不同流速下測量電池的極限電流，再結合極限電流與傳質系數的如下關系：

i_limit＝A·n·F·k_m·c_r

最后獲得傳質系數與電解液流速的擬合關系式，i_limit為極限電流，單位，A；A為電極幾何活性面積，單位，m²；n為參與電極反應的電子的化學計量數，F為法拉第常數，單位，C/mol；k_m為電解液內的傳質系數，單位，m/s；c_r為反應物濃度，單位，mol/m³。

6.按照權利要求1所述的液流電池多孔電極反應動力學參數測試方法，其特征在于，由電化學反應的活化極化曲線以及Tafel理論中活化極化與電流密度之間的關系表達式：

負極，

正極，

i₀＝Fkc

計算得到多孔電極上電極動力學參數反應速率常數k，單位，m/s；交換電流密度i₀，單位，A/m²；以及陰極和陽極電荷傳遞系數α^c和α^a，η為活化極化，單位，V；R為理想氣體常數，單位，J/(mol·K)；T為電解液溫度，單位，K；F為法拉第常數，單位，C/mol；c為電解液中反應物或生成物濃度，單位，mol/m³。