五氧化二钒电极材料的研究新进展

全钒液流电池电极研究进展苏秀丽;杨霖霖;周禹;林友斌;余姝媛【摘要】本文介绍了钒液流电池电极材料的研究现状.详细介绍了电极种类、电极材料的改性途径、改性效果,并对电极的老化机制进行了分析.全钒液流电池(VFB)电极材料改性的方法主要包括增加电极催化活性和增大电极电化学反应面积两种方式.通过对电极进行热处理、酸处理,可以改变电极表面结构,提高电极催化活性,从而提高电极反应可逆性.通过在电极表面生长碳纳米管或者负载石墨烯、氧化铱等而制备的复合电极材料,以及采用天然废弃物制备的多孔碳电极,可以达到同时提高电极表面催化活性和增大电极电化学反应面积的效果.还可以通过制备电极和双极板复合一体化电极,降低电池的接触电阻,减小电池极化.而电极的化学降解及电化学降解对于电极的寿命会产生影响,而且对电池负极的影响比正极更加明显.最后,总结了VFB电极材料的现状并展望了未来研究发展的方向.【期刊名称】《储能科学与技术》【年(卷),期】2019(008)001【总页数】10页(P65-74)【关键词】全钒液流电池;储能;电极材料;石墨毡【作者】苏秀丽;杨霖霖;周禹;林友斌;余姝媛【作者单位】上海电气集团股份有限公司中央研究院,上海200070;上海电气集团股份有限公司中央研究院,上海200070;上海电气集团股份有限公司中央研究院,上海200070;上海电气集团股份有限公司中央研究院,上海200070;上海电气集团股份有限公司中央研究院,上海200070【正文语种】中文【中图分类】TK02全钒液流电池（VFB）作为大型电化学储能技术，自问世以来，在可再生能源发电领域备受关注[1-4]。

将储能技术应用于可再生能源发电，可有效解决再生能源发电存在的间歇性和并网困难等问题。

全钒液流电池采用水系电解液，因此表现出优越的安全性[5]，而且正负极之间也不存在元素的交叉污染[6]。

全钒液流电池的循环寿命高达10000次以上，其使用寿命不低于10年[7]。

五氧化二钒用途五氧化二钒（V2O5）是一种重要的无机化合物，具有广泛的用途。

本文将就五氧化二钒的用途展开阐述。

五氧化二钒在冶金行业中发挥着重要作用。

它可以作为催化剂，用于生产硫酸。

在硫酸生产过程中，五氧化二钒可以促进硫酸的合成反应，提高反应速率和产量。

此外，五氧化二钒还可以作为钒钢和合金的添加剂，提高钢铁的硬度和强度。

钒钢和合金广泛用于航空航天、汽车制造和建筑行业，五氧化二钒的应用使得这些行业的产品更加耐用和可靠。

五氧化二钒在化工行业中有重要的用途。

它可以作为催化剂，用于有机合成反应。

例如，在生产糖类甜味剂时，五氧化二钒可以催化葡萄糖氧化反应，将葡萄糖转化为葡萄糖酸。

此外，五氧化二钒还可以用于生产聚合物和塑料的合成催化剂。

这些聚合物和塑料广泛应用于日常生活中的包装材料、电子设备和建筑材料等领域。

五氧化二钒还具有电化学应用。

它可以作为锂离子电池的正极材料。

随着电动汽车和可再生能源的快速发展，锂离子电池成为了一种重要的能量存储装置。

五氧化二钒作为锂离子电池正极材料，具有高能量密度和长循环寿命的优势，因此被广泛应用于电动汽车、移动电子设备和储能系统等领域。

五氧化二钒还可以用于环境保护领域。

它可以作为脱硝催化剂，用于汽车尾气净化和工业废气处理。

五氧化二钒可以催化将氮氧化物转化为氮气和水，从而减少对大气环境的污染。

五氧化二钒具有多种重要的用途，包括在冶金、化工、电化学和环境保护等领域。

它的应用使得这些行业的生产更加高效、环保和可持续。

随着科技的不断发展和创新，相信五氧化二钒的用途还会不断扩展和深化，为人类社会的发展做出更大的贡献。

水电解中五氧化二钒的作用1. 简介五氧化二钒（V2O5）是一种重要的无机化合物，具有广泛的应用领域。

在水电解中，五氧化二钒可以作为催化剂和电极材料，发挥重要的作用。

本文将详细介绍水电解中五氧化二钒的作用及其相关原理。

2. 水电解的基本原理水电解是一种将水分解为氢气和氧气的化学反应。

该反应需要在电解槽中使用电流进行。

在电解槽中，两个电极（阳极和阴极）被浸入水中，并与电源连接。

当电流通过水时，水分子将被分解成氢离子（H+）和氢氧离子（OH-）。

在阳极上，氧化反应发生，水分子失去电子形成氧气： 2H2O（液）→ O2（气）+ 4H+（液）+ 4e-在阴极上，还原反应发生，氢离子接受电子形成氢气： 4H+（液）+ 4e- → 2H2（气）3. 五氧化二钒的催化作用五氧化二钒在水电解中起到重要的催化作用。

它可以加速氧化反应和还原反应的进行，从而提高电解效率和反应速率。

3.1 氧化反应催化在阳极上，氧化反应是水电解的关键步骤之一。

五氧化二钒作为催化剂，可以促进氧化反应的进行。

它能够吸附氢氧离子（OH-）并提供活性位点，使氧化反应的活化能降低，从而加速氧化反应的速率。

3.2 还原反应催化在阴极上，还原反应同样是水电解的重要步骤。

五氧化二钒作为催化剂，可以提供电子给氢离子，促进还原反应的进行。

它能够吸附氢离子并提供电子传递通道，使还原反应的活化能降低，从而加速还原反应的速率。

4. 五氧化二钒的电极材料作用除了作为催化剂外，五氧化二钒还可以作为水电解中的电极材料。

电极是水电解中的关键组成部分，它直接参与电解反应的进行。

4.1 阳极材料五氧化二钒可以作为阳极材料，用于接收电子和促进氧化反应。

它具有较高的电导率和化学稳定性，能够在水电解的条件下长时间稳定地工作。

此外，五氧化二钒还具有较高的催化活性和电化学反应表面积，能够提高阳极反应的效率。

4.2 阴极材料五氧化二钒也可以作为阴极材料，用于提供电子和促进还原反应。

它具有较低的电导率和化学稳定性，能够在水电解的条件下长时间稳定地工作。

电极材料的创新随着科技的不断发展，电极材料在能源存储和转换领域扮演着至关重要的角色。

电极材料的创新不仅可以提高能源设备的性能，还可以推动能源领域的技术进步。

本文将探讨电极材料的创新，介绍当前的研究热点和未来的发展方向。

一、传统电极材料存在的问题传统的电极材料在能源领域应用广泛，如石墨、金属氧化物等。

然而，这些传统电极材料存在着一些问题，限制了能源设备的性能和稳定性。

比如，石墨电极在锂离子电池中容量较低，循环寿命有限；金属氧化物电极存在着体积膨胀大、结构变化明显等问题。

因此，寻找新型电极材料，解决传统电极材料存在的问题，成为当前研究的重点之一。

二、新型电极材料的创新1. 二维材料二维材料是一种具有单原子或单分子厚度的材料，具有优异的电化学性能和结构稳定性。

石墨烯是最典型的二维材料之一，具有高导电性和高比表面积，适合用作电极材料。

此外，二维过渡金属硫化物、硒化物等材料也备受关注，具有优异的储锂性能和循环稳定性。

2. 硅基材料硅是一种优秀的锂离子电池负极材料，具有高的理论容量和丰富的资源。

然而，硅材料在充放电过程中存在严重的体积膨胀问题，导致电极破裂和容量衰减。

为解决这一问题，研究人员提出了多孔硅材料、硅基复合材料等创新设计，有效改善了硅材料的循环性能和稳定性。

3. 离子导电材料离子导电材料在固态电池、超级电容器等领域具有重要应用。

固体电解质、离子液体等离子导电材料被广泛研究，用于替代传统液态电解质，提高电池的安全性和能量密度。

此外，离子导电材料的设计与合成也是当前研究的热点之一。

三、电极材料创新的挑战与展望电极材料的创新虽然取得了一些进展，但仍面临着一些挑战。

首先，新型电极材料的合成方法和工艺需要进一步优化，以实现大规模生产和工业化应用。

其次，电极材料的性能测试和评价标准需要统一，以便更好地比较不同材料的性能。

此外，电极材料的循环稳定性、安全性等问题也需要进一步研究和解决。

展望未来，电极材料的创新将继续推动能源领域的发展。

钒基正极材料钒基正极材料是指钒离子被用作锂离子电池的正极材料。

与传统的锂离子电池正极材料相比，钒基正极材料具有更高的电化学性能和更长的循环寿命。

在目前的研究中，钒基正极材料主要分为纳米结构材料和非晶态材料两种类型。

以下将对这两种类型进行介绍。

1. 纳米结构钒基正极材料纳米结构钒基正极材料通常是由钒氧化物纳米颗粒组成的。

由于其纳米尺寸和大量的缺陷结构，这些材料具有更高的比表面积和更好的离子传输性能。

目前研究中最常用的纳米结构钒基正极材料是钒氧化物(V2O5)。

实验结果表明，纳米V2O5的比容量可以达到350mAh/g，并且具有极好的循环稳定性。

此外，研究人员还针对纳米V2O5进行了改性，比如在纳米颗粒表面包覆一层碳质材料或将其与其他二次材料复合等，以进一步提高其电化学性能。

2. 非晶态钒基正极材料非晶态钒基正极材料是指由钒和其他金属元素组成的非晶态合金材料。

这些材料通常具有更高的反应活性和更好的化学稳定性。

实验结果表明，非晶态钒基正极材料的比容量可以达到500mAh/g，并且循环寿命也非常可观。

另外，非晶态钒基正极材料可以通过调节成分比例来控制其结构和性能。

因此，这种材料被广泛认为是未来锂电池正极材料的研究方向之一。

总体来看，钒基正极材料具有较好的电化学性能和循环寿命，在未来锂电池领域有广泛的应用前景。

不过目前钒基正极材料的成本较高，制备过程较为复杂，需要进一步研究和改进。

未来的研究可以尝试提高钒基正极材料的制备效率和降低成本，以进一步推动其应用和发展。

专利名称：一种聚苯胺原位聚合插层五氧化二钒及其制备方法和应用
专利类型：发明专利
发明人：王明珊,张俊,李星
申请号：CN202010785255.9
申请日：20200806
公开号：CN111847510A
公开日：
20201030
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明属于电极材料技术领域，本发明提供了一种聚苯胺原位聚合插层五氧化二钒的制备方法，包括以下步骤：将五氧化二钒粉体、水和双氧水混合得到溶液a；将苯胺单体和水混合后使用酸溶液调节pH值，得到溶液b；将溶液a与溶液b混合后进行反应，得到聚苯胺原位聚合插层五氧化二钒。

本发明以五氧化二钒粉体为钒源，以苯胺单体原位聚合为插层分子，以双氧水为助溶剂制备得到高比容量、循环稳定性和倍率性能优异的聚苯胺原位聚合插层五氧化二钒。

本发明的电极材料在1A·g 和5A·g的电流密度下首次放电比容量分别为330～390mAh·g和120～180mAh·g。

申请人：西南石油大学
地址：610000 四川省成都市新都区新都大道8号
国籍：CN
代理机构：北京睿智保诚专利代理事务所(普通合伙)
代理人：王灿
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五氧化二钒纳米材料的制备及其性能综述【摘要】五氧化二钒独特的物理和化学性能，广泛应用于传感器、致动器、锂离子电池、场效应管以及电致变色等领域。

氧化钒纳米材料的性能与其微观结构有密切关系，本文综合了近年来有关五氧化二钒的制备技术及相关性能研究，从实验方案，相关性能，结构形貌的表征等方面进行系统的阐述。

【关键词】五氧化二钒纳米材料金属氧化物1 引言过渡金属氧化物V2O5为层状结构，且存在V+2、V+3、V+4和V+5等价态，使得V2O5广泛应用于催化、电致变色、电化学等领域，而纳米结构的V205更可用于场效应晶体管、传感器自旋电子器件和纳米光刻模板等。

V2O5具有层状结构层内强的O-V-O-V键结合，�案�V原子与五个O原子形成5个V-O键，V原子处于畸变的[V05]四方锥的中间，O原子位于顶点处，[VO5]四方锥以共顶点和共边的方式相互连接，形成平面结构。

其特殊的晶体和电子结构，赋予了不同的应用。

（1）电学性能及其应用；扶手椅型之字型结构的V2O5纳米管最大能隙分别为2.67eV/2.95eV，且管径缩小，能隙降低，趋于消失，对材料进行表面涂覆贵金属、氧化物纳米粒子或者半导体量子点等处理，还可提高其灵敏度和稳定性。

V2O5的层状结构，非常适合于Li+的嵌入和脱出，Wu等利用碳球模板制备了Rattle-type构型的V2O5纳米结构，在锂离子电池方面展现出良好的性能。

Dimitra Vernardou采用电化学沉积的方法，在氧化铝表面进行氧化钒电镀，测试了不同种基底材料包括FTO和Ag/AgCl等离子复合，进行了循环次数和电能储量等测试，研究发现钒系材料在多次循环后CV曲线几乎保持不变，同时在持久性也有良好的表现。

如图（1-3）所示。

图1 图2图 3（2）光学及其应用；对V2O5纳米管进行电致变色、光学吸收、红外和剩曼光谱、光限幅特性等方面的研究，发现其在2.5eV以下有一个宽吸收带，其中心位于1.25eV处，还包含了三个单独的特征吸收峰，分别为0.87、1.25和1.76 eV，光谱吸收阈值为0.55 eV，这是V2O5纳米管的光学带隙随着层间距的增加，光学带隙发生红移，利用V2O5纳米线作为刻他模板制备的AuPd纳米金属线，电阻在lOIdl量级，I-V呈现线性关系，而且能制备纳来空隙，得到与金属纳来线相同的横截面。

五氧化二钒的用途
五氧化二钒是一种红色至深棕色的无机化合物，化学式为V2O5。

它是钒的氧化物之一，广泛用于各种工业和科技领域。

本文将介绍五氧化二钒在以下几个领域的用途。

催化剂
五氧化二钒是一种重要的催化剂，广泛应用于有机合成、环保等领域。

它可以催化氧化、脱氢等反应，促进化学反应的进行。

例如，五氧化二钒可以用于生产苯乙烯，合成氧化物和酸的混合催化剂，并用于二氧化硫的氧化，将其转化为三氧化硫。

玻璃和陶瓷工业
五氧化二钒可以用作玻璃和陶瓷工业中的添加剂。

它可以促进玻璃和陶瓷的晶化，提高它们的硬度和抗摔性能，使它们具有更好的耐腐蚀性。

同时，它还可以改变颜色，使玻璃和陶瓷呈现出不同的颜色。

电池
五氧化二钒也可以用于电池制造中。

它可以充当电极材料，提高电池的能量密度和循环寿命。

另外，五氧化二钒还可以作为电解液中的添加剂，促进离子迁移，提高电池的效率。

防锈涂料
五氧化二钒可以用作防锈涂料的成分。

它可以形成一层均匀的保护层，防止金属表面被氧化和腐蚀。

同时，它还可以改善涂料的附着力和耐磨性。

其他应用
除了以上几个领域，五氧化二钒还有许多其他的应用。

例如，它可以用作制造光学玻璃、氟化剂、蚀刻剂、水处理剂等。

此外，它还可以用于医疗器械和研究实验室中的化学试剂。

虽然五氧化二钒的应用非常广泛，但它在制造和使用过程中也可能会对人体和环境造成一定的危害。

因此，在使用时必须要注意安全性和环保性。

五氧化二钒电极的制备及其在电化学储能中的应用在当今的能源危机中，电化学储能技术被认为是一个具有重要应用价值的领域，具有储存大量能量、高效转换和灵活性等特点。

五氧化二钒是一种能够在电化学储能中扮演着重要角色的电极材料。

本文主要探讨五氧化二钒电极的制备方法及其在电化学储能中的应用。

一、五氧化二钒电极的制备方法五氧化二钒，又称钒(V)氧化物，化学式为V2O5，是一种灰黑色的固体，具有良好的电化学性能。

五氧化二钒电极的制备方法一般分为化学法和物理法两种。

1. 化学法化学法制备五氧化二钒电极的方法较为简单易行，主要是通过溶液合成来制备。

首先，将氢氧化钒或氯化钒溶解在氢氧化钠溶液中，形成一定浓度的V2O5溶液。

将此溶液加热至70-100℃并搅拌，让V2O5逐渐析出。

待溶液降温至室温后，将析出的V2O5颗粒用水洗涤至中性，在阴凉处放置静置，待溶液中的V2O5颗粒沉淀后，收集沉淀物并在空气中干燥即可。

2. 物理法物理法制备五氧化二钒电极的方法较为复杂，但所制备出的电极性能较佳，主要有以下几种方法：（1）直接固相合成法该方法将V2O5与一定比例的碳酸氢钠混合，并在空气条件下加热至800℃左右，得到粒径较小的V2O5粉末。

（2）溶胶-凝胶法该方法先将三氧化钒和硝酸等混合物制成溶液，然后在旋转薄膜下将该溶液制成凝胶，最后在空气中加热煅烧，得到高效的V2O5粉末。

（3）堆积法该方法将V2O5粉末、在某种介质中溶解的粘合剂和成型剂混合后，经过制备、压实、干燥、增收等工艺步骤，形成具有一定形状的V2O5电极。

二、五氧化二钒电极的应用五氧化二钒电极作为电化学储能领域中的重要材料，具有高放电电位、高比容量、较好的电化学稳定性等优点。

其应用范围较广，以下是五氧化二钒电极在电化学储能中的几个重要应用：1. 锂离子电池五氧化二钒电极是一种重要的正极材料，目前已广泛应用于通讯、电视、笔记本电脑、电动工具等锂离子电池系统中，其高能量密度和较长寿命成为其在锂离子电池中广泛应用的关键原因之一。