液流電池實驗裝置

1. 某課外小組分別用下圖所示裝置對原電池和電解原理進行實驗探究．請回答：Ⅰ．用圖1所示裝置進行第一組實

（1）根據圖中裝置可知，鋅為該原電池的負極，銅為正極；電流在外電路中從銅流向鋅，則電解質溶液中硫酸根離子由右向左移動，
故答案為：負；從右向左；
（2）根據圖示可知，銅為原電池的正極，與電源正極相連的電極為陽極，所以y極為陽極，氯離子在y極失去電子生成氯氣，會觀察到有黃綠色氣體生成；
銅電極上銅離子得到電子發生還原反應，電極反應式為：Cu²⁺+2e^-=Cu，
故答案為：有白色絮狀沉澱生成；Cu²⁺+2e^-=Cu；
（3）根據分析可知，y極電解生成氯氣，檢驗氯氣的方法為：將濕潤的碘化鉀澱粉試紙靠近x極出氣口處，若試紙變藍，則證明有氯氣生成，
故答案為：將濕潤的碘化鉀澱粉試紙靠近x極出氣口處，若試紙變藍，則證明有氯氣生成；
（4）根據圖示可知，X為電解池的陰極，發生的電極反應為：2H⁺+2e^-═H₂↑（或2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-），
故答案為：2H⁺+2e^-═H₂↑（或2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-）；
（5）X電極上析出的是氫氣，Y電極上析出的是氧氣，且Y電極失電子進入溶液，設鐵質量減少為xg，根據轉移電子數相等得

2. 全釩液流電池是一種活性物質呈循環流動液態的電池，目前釩電池技術已經趨近成熟．全釩液流電池是以溶解於

（1）正極反應是還原反應，由電池總反應可知放電時的正極反應為VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O，故答案為：VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O；
（2）充電時，陰極反應為還原反應，故為V³⁺得電子生成V²⁺的反應，電極方程式為V³⁺+e^-═V²⁺，充電時，陽極發生VO²⁺+H₂O=VO₂⁺+2H⁺+e^-，生成耗H⁺，溶液pH降低，故答案為：V³⁺+e^-═V²⁺；降低；
（3）當轉移1mol電子時，陽極（左槽）產生了2mol H⁺，而槽中間的交換膜只允許H⁺通過，所以有1mol H⁺移動到右槽（溶液中有離子移動才能形成閉合迴路），所以最終左槽H⁺增加了1mol H⁺，所以變化量為1mol，
故答案為：參與正極反應和通過隔膜定向移動使電流通過溶液；1；
（4）陰極發生還原反應，H⁺被還原生成H₂，同時促進水的電離生成OH^-，發生2H⁺+2e ^-═H₂↑ HSO₃^-+OH^-═SO₃ ^2-+H₂O，或2HSO₃^-+2e^-═2 SO₃^2-+H₂↑，
故答案為：2HSO₃^-+2e^-═2 SO₃^2-+H₂↑ （或2H⁺+2e^-═H₂↑ HSO₃^-+OH^-═SO₃^2-+H₂O ）；
（5）陽極發生氧化反應，HSO₃^-被氧化生成硫酸，同時氫氧根離子放電生成氧氣和氫離子，則可生成O₂、SO₂，故答案為：O₂、SO₂．

3. 液體電池的新型液體電池

過去20年來，鋰離子電池一直是前沿性的儲能研究。它們結構緊湊，輕巧的設計非常適合用於手機，筆記本電腦和個人電子產品，但鋰離子電池價格昂貴，而且退化問題妨礙它們進入電站高容量應用，就是用於全國電網。
桑迪亞國家實驗室研究員和無機化學家特拉維斯·安德森(travis anderson)帶領一個小組，開發出下一代液流電池。這種液流電池泵抽一種溶液，就是自由浮動的帶電荷的金屬離子，這種離子溶解在電解液中，溶液中自由浮動的離子可以導電，溶液從外部容器穿過電化學電池，把化學能轉換成電能。液流電池可快速充放電，只需改變電解液的充電狀態，這種電活性物質很容易重復使用多次。安德森說，液流電池可以維持超過14000次循環，這是在實驗室，相當於20多年的能量儲存，在鋰離子電池中，這是不尋常的。
液流電池電網存儲系統，大致上尺寸相當於一所房子，成本超過同樣的鋰離子電池。研究人員的目標，是使液流電池體積更小，更便宜，同時增加給定的體積能量存儲，或能量密度。
液流電池已經實地應用於美國、日本和澳大利亞。大量的系統，高達25兆瓦都處在演示階段，根據《美國恢復和再投資法案》(arra：american recovery and reinvestment act)，管理者是能源部能源存儲系統研究項目。鋅溴和釩氧化還原系統(zincbromine and vanadium redox systems)是最大的競爭者。但所用的材料具有中等毒性，釩具有很大的價格波動。此外，水溶液限制了可以溶解的物質數量，以及可以儲存多少能量，而且，室外溫度會降低性能。
桑迪亞國家實驗室開創性地研究液流電池，可避免這些問題，因為不使用水。安德森組建了一個多學科小組，專家來自一些實驗室，包括電化學大衛·英格索蘭(david ingersoll)，有機化學家查德·斯泰格(chad staige)，化學技師哈里·普拉特(harry pratt)和喬納森·倫納德(jonathan leonard)。他們所設計的，是一種新型電化學可逆的、金屬基離子液體，或叫邁提爾溶液(metils)，採用的都是廉價無毒的材料，在美國很容易買到，如鐵，銅，錳。
不是把鹽溶解到溶劑中，我們的鹽就是一種溶劑。「我們可得到非常高濃度的活性金屬，因為我們不受飽和的限制。它實際上就在公式中。因此，我們可以經濟有效地增加三倍的能量密度，這可大大降低電池所需的尺寸，只是因為材料的性質。」
電化學效率，或反向充電性能，在邁提爾溶液中要高得多，遠遠超過迄今公布的其他任何東西。研究小組已經制備了近200種組合的陽離子、陰離子和配體以及這類物質，其中有五種超過二茂鐵(ferrocene)的電化學效率，這效率長期以來一直被認為是黃金標准。
一個共同問題是，混合帶正電荷和帶負電荷的成分，這些成分就會開始聚集在一起，最終使溶液變為粘性，堵塞電池膜和電極表面。研究小組解決了這一挑戰，他們開發出不對稱的陽離子，或者帶正電的離子，這種離子就像一個足球。在這個比喻中，黑色的五邊形代表帶負電荷的區域，白色的六邊形代表正電荷的區域。這種排列降低了熔點，因為可防止離子液體成分鍵合，形成固體，同時，部分電荷仍使電子可以自由流動，穿過電池，產生電流。
研究小組資金來自美國能源部電力傳輸和能源可靠性辦公室(officeof electricity delivery and energy reliability)。伊姆雷·古柯(imre gyuk)是這一辦公室的能源儲存系統項目經理，一直支持桑迪亞國家實驗室的這項工作，而且提供了必要的資金。
「邁提爾溶液方法代表了一種巧妙的現成的溶液，是一種陰極/電解質聚合體。古柯說，「因為是採用現成的，價格低廉的前體，因此，它很可能帶來創新的、成本劃算的存儲系統，會極大地影響整個美國電網。」
這一研究結果適用於新的液流電池正極材料。桑迪亞國家實驗室的小組下一步是找到類似材料，用於液流電池陽極，研究人員對他們的進步感到鼓舞。
桑迪亞國家實驗室(sandia national laboratory)的研究人員開發出一系列新的液體鹽電解質，就是所謂的邁提爾溶液(metils)，製成的電池經濟有效，存儲能量比目前的電池高三倍以上。
這項研究有助於經濟可靠地集成大規模間歇性可再生能源，如太陽能和風能，使並入全國電網。
桑迪亞國家實驗室的研究人員發現一種新的液體鹽電解質，可製成電池，能量密度提高三倍，勝過現有的其他存儲技術。這些所謂的邁提爾溶液(metils)，從左至右依次為：銅基化合物，鈷基化合物，錳基化合物，鐵基化合物，鎳基化合物和釩基化合物。來源：桑迪亞國家實驗室
電網的設計是用於穩定的能源，這樣，因為波動電力源自間歇性可再生能源，所以就很難適應。更好的能量存儲技術可平衡這些流動的波動能源，而桑迪亞國家實驗室的研究人員正在研究新的方法，開發更靈活、更具成本效益也更可靠的電網，以提高能源儲存。
美國和全世界都需要極大地突破電池技術，用可再生能源取代今天的碳基能源系統，桑迪亞國家實驗室。「邁提爾溶液是一種新的、有前途的化學電池，可能帶來下一代的電站蓄電池技術，取代鉛酸電池和鋰離子電池，帶來極大的能量存儲密度，進行這些應用。」

4. 液流電池和釩電池是什麼東東

電化學液流電池(electrochemical flow cell)一般稱為氧化還原液流電池(flow redox cell或者redox flow cell)是一種新型的大型電化學版儲能裝置，正負極全使用釩鹽溶權液的稱為全釩液流電池，簡稱釩電池.其荷電狀態 100%時電池的開路電壓可達 1.5 V.

液流電池根據電極活性物質的不同，可以分為全釩液流電池、鋰離子液流電池和鉛酸液流電池等。

全釩液流電池是一種新型蓄電儲能設備，不僅可以用作太陽能、風能發電過程配套的儲能裝置，還可以用於電網調峰，提高電網穩定性，保障電網安全。

僅供參考

5. 7，（2010重慶）全釩液流儲能電池是利用不同價態離子對的氧化還原反應來實現化學能和電能相互轉化的裝置

首先來看裝置：這是一個可充電的電池裝置，也就是我們常說的「二次電池」。其充電時，左槽連接外接電源的正極，右槽連接外接電源的負極；放電時，左槽作為原電池正極，右槽作為原電池負極。

1. 反應式：（VO2）++ e- + 2H+ ==（VO）2+ + H2O

   解析：括弧僅用做區分二者，書寫時無需帶上。由於給出溶液顏色由黃到藍，根據題目可知離子由VO2 + 變化到 VO 2+。在VO2 + 中，V為+5價，得1電子生成+4價的VO 2+ 。由於交換膜只允許H+通過，因此配平時用H+和H2O對兩側進行補齊。

2. 充電時，右槽溶液由綠色變為紫色。

   解析：右槽連接外接電源的負極，得電子，化合價降低。因此可判斷電對中V 3+得電子生成了V 2+ 。 溶液由綠色變為紫色。

3. H+的作用是：形成閉合的內電路，與VO2 + 反應生成H2O和VO 2+ 。左槽溶液中H+的變化量也是3.01*10^23

   解析：放電過程可簡化為一原電池，原電池需要閉合迴路，其中便包含閉合的內電路。而H+是自由移動的離子，可連接內電路。H+是+1價的，而電子帶一個單位的負電荷，因此H+變化量與轉移電子數是相等的。

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6. 液流電池技術現在是否成熟

液流電池 電化學液流電池(electrochemical flow cell)一般稱為氧化還原液流電池(flow redox cell或者redox flow cell)是一種新型的大型電化學儲能裝置，正負極全使用釩鹽溶液的稱為全釩液流電池,簡稱釩電池.其荷電狀態 100%時電池的開路電壓可達 1.5 V. 液流電池一種新的蓄電池，液流電池是利用正負極電解液分開，各自循環的一種高性能蓄電池.具有容量高、使用領域（環境）廣、循環使用壽命長的特點.是目前的一種新能源產品。氧化還原液流電池是一種正在積極研製開發的新型大容量電化學儲能裝置,它不同於通常使用固體材料電極或氣體電極的電池,其活性物質是流動的電解質溶液,它最顯著特點是規模化蓄電,在廣泛利用可再生能源的呼聲高漲形勢下,可以預見,液流電池將迎來一個快速發展的時期。目前,液流電池普遍應用的條件尚不具備,對許多問題尚需進行深入的研究。 循環伏安測試表明:石墨氈具有良好導電性、機械均一性、電化學活性、耐酸且耐強氧化性,是一種較好的電極材料,與石墨棒和各種粉體材料相比,更適合用於液流電池的研究和應用。論文對採用的石墨氈電極分別進行了未處理、熱處理、酸熱處理。藉助於掃描電鏡,觀察了三種處理方式的石墨氈表面形貌的差異,熱處理和酸熱處理能除去石墨氈表面的雜質和影響電化學反應的污染物,使石墨氈表面干凈平整,石墨氈的表面狀況得到明顯改善。交流阻抗實驗表明,與未處理石墨氈相比,經過熱處理、酸熱處理石墨氈的電阻明顯減小,證實了活化處理對石墨氈表面狀況的改善,使石墨氈材料得到改性,降低了電阻,增強了電化學活性. 主要材料 金屬釩 全釩液流電池 全釩液流電池全釩液流電池是一種新型蓄電儲能設備，不僅可以用作太陽能、風能發電過程配套的儲能裝置，還可以用於電網調峰，提高電網穩定性，保障電網安全。本文綜述全釩液流電池的國內外技術發展狀況，包括研究開發歷史、電池關鍵材料和典型工藝過程；展望大規模蓄電儲能的電池技術未來發展趨勢

7. 全釩液流儲能電池是利用不同價態離子對的氧化還原反應來實現化學能和電能的相互轉化，其原理如圖所示．（

（1）①當左槽溶液逐漸由黃變藍，其電極反應式為VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O，電池放電時，說明此時為原電池，且為原電池的正極．
故答案為：VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O；
②外加負載為浸有KI澱粉試液的濾紙，是電解裝置，碘離子移向陽極A電極失電子生成碘單質，2I^-=2e^-═I₂，遇澱粉變藍，所以濾紙A端先變藍，
故答案為：A；
（2）充電過程中，A為正極，右槽連接的是電源負極，為電解池的陰極，電極反應式為V³⁺+e^-═V²⁺，V³⁺為綠色，V²⁺為紫色，故可以看到右槽溶液顏色逐漸由綠色變為紫色，
故答案為：A；綠色逐漸變為紫色；
（3）放電過程中，電極反應式為VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O，氫離子的作用是充電是，參與正極反應，通過交換膜定向移動使電流通過溶液，
故答案為：氫離子在正極參與電極反應，同時通過交換膜定向移動使電流通過溶液；
（4）充電時，左槽發生的反應為VO²⁺+H₂O═VO₂⁺+2H⁺+e^-，當轉移電子為3.01×10²³個即為0.5 mol電子時，生成氫離子為1 mol，此時氫離子參與正極反應，通過交換膜定向移動使電流通過溶液，溶液中離子的定向移動可形成電流，通過0.5mol電子，有0.5mol氫離子移向陰極，則左槽溶液中n（H⁺）的變化量為1mol-0.5mol=0.5mol，
故答案為：0.5mol．

8. 液流電池的工作原理

液流電池一種新的蓄電池，液流電池是利用正負極電解液分開，各自循環的一種高性能蓄電池.具有容量高、使用領域（環境）廣、循環使用壽命長的特點.是目前的一種新能源產品。氧化還原液流電池是一種正在積極研製開發的新型大容量電化學儲能裝置,它不同於通常使用固體材料電極或氣體電極的電池,其活性物質是流動的電解質溶液,它最顯著特點是規模化蓄電,在廣泛利用可再生能源的呼聲高漲形勢下,可以預見,液流電池將迎來一個快速發展的時期。目前,液流電池普遍應用的條件尚不具備,對許多問題尚需進行深入的研究。 循環伏安測試表明:石墨氈具有良好導電性、機械均一性、電化學活性、耐酸且耐強氧化性,是一種較好的電極材料,與石墨棒和各種粉體材料相比,更適合用於液流電池的研究和應用。論文對採用的石墨氈電極分別進行了未處理、熱處理、酸熱處理。藉助於掃描電鏡,觀察了三種處理方式的石墨氈表面形貌的差異,熱處理和酸熱處理能除去石墨氈表面的雜質和影響電化學反應的污染物,使石墨氈表面干凈平整,石墨氈的表面狀況得到明顯改善。交流阻抗實驗表明,與未處理石墨氈相比,經過熱處理、酸熱處理石墨氈的電阻明顯減小,證實了活化處理對石墨氈表面狀況的改善,使石墨氈材料得到改性,降低了電阻,增強了電化學活性.