專利名稱：一種全釩離子氧化還原液流電池電解液的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池制造及能量存儲領(lǐng)域，具體涉及一種低成本的全釩離子氧化還原液流電池電解液的制備方法。
背景技術(shù)：
全釩離子氧化還原液流電池，簡稱釩電池，是一種新型綠色環(huán)保電池。不同價態(tài)的釩離子溶液分別作為正負(fù)極電解液，通過外接泵把溶液從儲液槽壓入電池堆體內(nèi)，完成電化學(xué)反應(yīng)之后，溶液又回到儲液槽，液態(tài)的電解液如此不斷循環(huán)流動。其電池反應(yīng)為
正極V4+D ￥5+ + c (正向充電，逆向放電)
負(fù)極:V3+-Hr 口 V2+ (正向充電，逆向放電〉
電池充電后，正極物質(zhì)為V (V)，負(fù)極為V (II)。放電時V (V)得電子變?yōu)閂 (IV)， V (II)失去電子變?yōu)閂 (III)，放完電后，正負(fù)極分別為V (IV)和V (III)溶液，電池內(nèi)部通過 H+導(dǎo)電。釩電池的能量是以電解液的形式儲存的，電解液作為核心組件在釩電池成本中所占的比例較高，約占整個系統(tǒng)的30%。因此改進(jìn)電解液的制備方法降低電解液的成本，這是實(shí)現(xiàn)全釩液流電池商業(yè)化的急需解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。目前采用的電解液制備方法主要有1.將NH4VO3溶解在一定濃度的濃硫酸中，得到V02+，V3+，NH4+, SO42-共存的體系，該體系可以直接進(jìn)行電池的充放電，得到正負(fù)極所需的電解液。2.將濃硫酸用蒸餾水按1 :1的比例稀釋，加入V2O3，再逐步加入V2O5，冷卻后過濾， 得到藍(lán)色的即VOSO4酸性溶液，然后進(jìn)行電池的充放電。3.采用V2O5、硫酸和水為原料，在室溫下緩緩?fù)ㄈ爰儍舻腟O2，直至V2O5全部溶解，再通入純凈的CO2趕走多余的SO2,即可得到VOSO4的硫酸溶液，然后進(jìn)行電池的充放電。上述方法操作復(fù)雜、成本偏高，未能在保證電解液性能的前提下將電解液成本進(jìn)行大幅度的降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種低成本的釩電池電解液制備方法，采用五氧化二釩和適當(dāng)比例的有機(jī)還原劑水溶液，制得低成本、高性能的釩電池電解液，并在充放電試驗(yàn)顯示出良好的電化學(xué)性能。
為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供了一種全釩離子氧化還原液流電池電解液的制備方法， 該方法包含以下具體步驟
步驟1，將五氧化二釩粉末和硫酸水溶液混合，加熱攪拌至50°c至250°C，得到五氧化二釩粉末和硫酸水溶液混合的懸濁液；
步驟2，配制有機(jī)還原劑水溶液；該有機(jī)還原劑包含以下的一種或多種(1)甲醇、乙醇、異丙醇等水溶性的醇類；(2)甲醛、乙醛等水溶性的醛類；
步驟3，將上述的有機(jī)還原劑水溶液加入到五氧化二釩粉末和硫酸水溶液混合的懸濁液中，封住反應(yīng)容器的出口，加熱攪拌，溫度范圍控制在50°C至250°C ；反應(yīng)結(jié)束后，打開容器的出口，繼續(xù)加熱5 180min，溫度范圍控制在80°C至250°C ；待溶液冷卻至室溫后倒入容量瓶中，定容得到釩電池電解液。上述的全釩離子氧化還原液流電池電解液的制備方法，其中，所述的有機(jī)還原劑的用量為理論反應(yīng)用量的100% 800%。上述的全釩離子氧化還原液流電池電解液的制備方法，其中，所述的有機(jī)還原劑的用量為理論反應(yīng)用量的100% 400%。上述的全釩離子氧化還原液流電池電解液的制備方法，其中，如原料五氧化二釩粉末純度較低，則需在定容前對電解液進(jìn)行過濾處理。本發(fā)明以五氧化二釩為原料，采用添加適當(dāng)比例的有機(jī)還原劑的方法，制備低成本的釩電池電解液。該方法具有如下技術(shù)效果
1、本發(fā)明用于制備釩電池電解液的原料成本較低，來源廣泛，并且制備工藝簡單易操作，反應(yīng)條件溫和、安全，適合大批量生產(chǎn)。2、本發(fā)明制得的釩電池電解液電化學(xué)可逆性好，電導(dǎo)率接近常規(guī)同濃度電解液； 可以實(shí)現(xiàn)電池充放電，在充發(fā)電試驗(yàn)中表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能。


圖1為實(shí)施例1制備的1. 5mol/L電解液與常規(guī)1. 5mol/L的循環(huán)伏安曲線對比示意圖。圖2為實(shí)施例1制備的1. 5mol/L電解液在20mA/cm2電流密度下充放電曲線圖。圖3為實(shí)施例4制備的1. 5mol/L電解液與常規(guī)1. 5mol/L的循環(huán)伏安曲線對比示意圖。圖4為實(shí)施例4制備的1. 5mol/L電解液在80mA/cm2電流密度下充放電曲線圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步地說明。實(shí)施例1
將0. 3mol的乙醇，用500ml的去離子水溶解，制得有機(jī)還原劑水溶液，然后稱取 0. 75mol五氧化二釩和4mol硫酸混合得到懸濁液。將有機(jī)還原劑水溶液加入到五氧化二釩和硫酸水溶液混合的懸濁液中，封住反應(yīng)容器的出口，加熱攪拌，溫度控制在60°C ；反應(yīng)結(jié)束后，打開容器的出口，繼續(xù)加熱30min，溫度范圍控制在120°C ；待溶液冷卻至室溫后加去離子水定容至1L，得到1. 5mol/L的釩電池電解液。以石墨為正負(fù)極材料，正負(fù)極溶液濃度均為1. 5mol/L的釩電池電解液，充電電流密度為20mA/cm2，放電電流密度為20mA/cm2，得到放電平均電壓為1. 28V，電壓效率為92%，能量效率為79%。實(shí)施例2
將0. 2mol的乙醛，用500ml的去離子水溶解，制得有機(jī)還原劑水溶液，然后稱取 0. 75mol五氧化二釩和4mol硫酸混合得到懸濁液。將有機(jī)還原劑水溶液加入到五氧化二釩和硫酸水溶液混合的懸濁液中，封住反應(yīng)容器的出口，加熱攪拌，溫度控制在50°C ；反應(yīng)結(jié)束后，打開容器的出口，繼續(xù)加熱30min，溫度范圍控制在120°C ；待溶液冷卻至室溫后加去離子水定容至1L，得到1. 5mol/L的釩電池電解液。以石墨為正負(fù)極材料，正負(fù)極溶液濃度均為1. 5mol/L的釩電池電解液，充電電流密度為45mA/cm2，放電電流密度為45mA/cm2，得到放電平均電壓為1. 26V，電壓效率為87%，能量效率為77%。實(shí)施例3
將0. 15mol的乙醛、0. 15mol的異丙醇，用500ml的去離子水溶解，制得有機(jī)還原劑水溶液，然后稱取0. 75mol五氧化二釩和4mol硫酸混合得到懸濁液。將有機(jī)還原劑水溶液加入到五氧化二釩和硫酸水溶液混合的懸濁液中，封住反應(yīng)容器的出口，加熱攪拌，溫度控制在60°C ；反應(yīng)結(jié)束后，打開容器的出口，繼續(xù)加熱60min，溫度范圍控制在150°C ；待溶液冷卻至室溫后加去離子水定容至1L，得到1. 5mol/L的釩電池電解液。以石墨為正負(fù)極材料， 正負(fù)極溶液濃度均為1. 5mol/L的釩電池電解液，充電電流密度為60mA/cm2，放電電流密度為60mA/cm2，得到放電平均電壓為1. 21V，電壓效率為81%，能量效率為75%。實(shí)施例4
將0. 15mol的乙醛、0. Imol的甲醇、0. Imol的異丙醇，用500ml的去離子水溶解，制得有機(jī)還原劑水溶液，然后稱取0. 75mol五氧化二釩和4mol硫酸混合得到懸濁液。將有機(jī)還原劑水溶液加入到五氧化二釩和硫酸水溶液混合的懸濁液中，封住反應(yīng)容器的出口，加熱攪拌，溫度控制在70°C ；反應(yīng)結(jié)束后，打開容器的出口，繼續(xù)加熱60min，溫度范圍控制在 150°C;待溶液冷卻至室溫后加去離子水定容至1L，得到1. 5mol/L的釩電池電解液。以石墨為正負(fù)極材料，正負(fù)極溶液濃度均為1. 5mol/L的釩電池電解液，充電電流密度為80mA/cm2， 放電電流密度為80mA/cm2，得到放電平均電壓為1. 18V，電壓效率為77%，能量效率為72%。實(shí)施例5
將0. 15mol的乙醛、0. 15mol的乙醇、0. Imol的異丙醇，用500ml的去離子水溶解，制得有機(jī)還原劑水溶液，然后稱取0. 75mol五氧化二釩和4mol硫酸混合得到懸濁液。將有機(jī)還原劑水溶液加入到五氧化二釩和硫酸水溶液混合的懸濁液中，封住反應(yīng)容器的出口，加熱攪拌，溫度控制在60°C ；反應(yīng)結(jié)束后，打開容器的出口，繼續(xù)加熱60min，溫度范圍控制在 1500C ；待溶液冷卻至室溫后加去離子水定容至1L，得到1. 5mol/L的釩電池電解液。以石墨為正負(fù)極材料，正負(fù)極溶液濃度均為1. 5mol/L的釩電池電解液，充電電流密度為IOOmA/ cm2，放電電流密度為lOOmA/cm2，得到放電平均電壓為1. 12V，電壓效率為75%，能量效率為 70%。本發(fā)明得到的釩電池電解液電化學(xué)性能良好，如圖1和圖3所示，循環(huán)伏安曲線表明該溶液的電化學(xué)可逆性與常規(guī)同濃度VOSO4溶液接近，并且不會引入其它的電極副反應(yīng)。 如圖2和圖4所示，恒電流充放電試驗(yàn)表明該溶液可以適用于釩電池，在20mA/cm2電流密度下單組平均放電電壓可達(dá)1. 28V，在80mA/cm2電流密度下單組平均放電電壓達(dá)1. 18V，體現(xiàn)出較好的電化學(xué)性能。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種全釩離子氧化還原液流電池電解液的制備方法，其特征在于，該方法包含以下具體步驟步驟1，將五氧化二釩粉末和硫酸水溶液混合，加熱攪拌至50°c至250°C，得到五氧化二釩粉末和硫酸水溶液混合的懸濁液；步驟2，配制有機(jī)還原劑水溶液，該有機(jī)還原劑包含Cl、的水溶性醇類、Cl、的水溶性醛類的任意一種以上；步驟3，將上述的有機(jī)還原劑水溶液加入到五氧化二釩粉末和硫酸水溶液混合的懸濁液中，封住反應(yīng)容器的出口，加熱攪拌，溫度范圍控制在50°C至250°C ；反應(yīng)結(jié)束后，打開容器的出口，繼續(xù)加熱5 180min，溫度范圍控制在80°C至250°C ；待溶液冷卻至室溫后倒入容量瓶中，定容得到釩電池電解液。
2.如權(quán)利要求1所述的全釩離子氧化還原液流電池電解液的制備方法，其特征在于， 所述的水溶性醇類是指甲醇、乙醇、異丙醇；所述的水溶性的醛類是指甲醛、乙醛。
3.如權(quán)利要求1所述的全釩離子氧化還原液流電池電解液的制備方法，其特征在于， 所述的有機(jī)還原劑的用量為理論反應(yīng)用量的100% 800%。
4.如權(quán)利要求3所述的全釩離子氧化還原液流電池電解液的制備方法，其特征在于， 所述的有機(jī)還原劑的用量為理論反應(yīng)用量的100% 400%。
5.如權(quán)利要求廣4中任意一項所述的全釩離子氧化還原液流電池電解液的制備方法， 其特征在于，如原料五氧化二釩粉末純度較低，則需在定容前對電解液進(jìn)行過濾處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種全釩離子氧化還原液流電池電解液的制備方法，其包含步驟1，將五氧化二釩粉末和硫酸水溶液混合，加熱攪拌至50℃至250℃，得到五氧化二釩粉末和硫酸水溶液混合的懸濁液；步驟2，配制有機(jī)還原劑水溶液；該有機(jī)還原劑包含C1~4的水溶性醇類、醛類的任意一種以上；步驟3，將該有機(jī)還原劑水溶液加入到上述懸濁液中，封住反應(yīng)容器的出口，加熱攪拌，溫度范圍控制在50℃至250℃；反應(yīng)結(jié)束后，打開容器的出口，繼續(xù)加熱5~180min；待溶液冷卻至室溫后，定容得到釩電池電解液。該方法原料成本較低，來源廣泛，工藝簡單易操作，反應(yīng)條件溫和、安全，反應(yīng)周期短，適合大批量生產(chǎn)，制得低成本、高性能的釩電池電解液，其在充放電試驗(yàn)顯示出良好的電化學(xué)性能。
文檔編號H01M8/20GK102354763SQ20111034524
公開日2012年2月15日 申請日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月4日
發(fā)明者蔣永偉 申請人:上海空間電源研究所