一種通過(guò)電解合成法制備全釩液流電池正極電解液的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種通過(guò)電解合成法制備全釩液流電池正極電解液的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]全釩氧化還原液流電池(VRB)因具有儲(chǔ)能容量和功率可調(diào)、大電流無(wú)損深度放電、使用壽命長(zhǎng)、操作維護(hù)簡(jiǎn)單、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)而倍受關(guān)注，近年來(lái)得到了很大的發(fā)展，正在逐步走向?qū)嵱没?br>[0003]釩電池主要由3部分組成:電極材科、電池隔膜、電解液，因此它的發(fā)展也主要受這3個(gè)方面的制約。其中電解液是釩電池的核心，它是一個(gè)釩的多價(jià)態(tài)體系，實(shí)現(xiàn)著釩電池能量的儲(chǔ)存和釋放。釩電池的電解液與常規(guī)電池不太一樣，它包含硫酸(作為支持電解質(zhì))和釩的不同價(jià)態(tài)的離子(作為釩電池的活性物質(zhì))，因此釩電池的蓄電性能比其它電池更依賴于其電解液，要求電解液要有高濃度，以實(shí)現(xiàn)電池的高能量密度，又要有高的穩(wěn)定性。
[0004]釩電池正極電解液是以硫酸作為支持電解質(zhì)的V (V)/V (IV)混合溶液，在完全充電狀態(tài)時(shí)釩離子呈五價(jià)，完全放電時(shí)呈四價(jià)。強(qiáng)酸性環(huán)境中，五價(jià)釩常被認(rèn)為是以淡黃色的V02+形式存在，而四價(jià)釩則以亮藍(lán)色的V02+形式存在。
[0005]釩電池一般以四價(jià)釩離子的硫酸溶液作為正負(fù)極的初始電解液。經(jīng)初次充電活化后，正極被氧化成V(V)離子。負(fù)極被還原成V(II)離子。在初始電解液濃度相同的情況下，正極電解液的體積是負(fù)極的2倍。因?yàn)樵诨罨^(guò)程中，負(fù)極存在著兩個(gè)電子的轉(zhuǎn)移，而正極只有一個(gè)。雖然V0S04可以直接用作釩電池的初始電解液，但其價(jià)格很貴，不利于釩電池的大規(guī)模推廣。由于V205的溶解度很小，也不能直接由V205溶解到酸性溶液中制取電池電解液。因此必須另尋一種更好的制備電解液的方法。在釩電池電解液的制備過(guò)程中，必須考慮到提高其濃度、穩(wěn)定性、導(dǎo)電性、電化學(xué)活性以及經(jīng)濟(jì)性等因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了提高全釩液流電池正極電解液濃度、穩(wěn)定性、導(dǎo)電性、電化學(xué)活性以及經(jīng)濟(jì)性。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種通過(guò)電解合成法制備全釩液流電池正極電解液的方法，以V205或偏釩酸鹽(NH4V03)為原料，在有隔膜的電解池負(fù)極區(qū)加人含V205或偏釩酸鹽的H2S04溶液，正極區(qū)加入相同濃度的H2S04，在電解池兩極加上適當(dāng)?shù)闹绷麟?，V205或偏釩酸鹽粉末與負(fù)極接觸后在負(fù)極表面被還原，同時(shí)電解液中生成的V( II ), V(III), V(IV)也可將V205或偏釩酸鹽粉末還原而使其溶解，負(fù)極半電池發(fā)生的反應(yīng)為:
(1)V(V)+3e - V( II )
(2)V(V)+2e-V(III)
(3)V(V)+e—V(IV)
(4)V(II )+V(IV) - 2v(III)(5)V(II)+1/2V205— V(III) /V(IV)
(6)V(III)+1/2V205— 2V(IV)。
[0008]由于電解法涉及到V205或偏釩酸鹽在電極表面的還原，因此對(duì)電極的要求較高，電極的制備很重要。使用電解法可以制得5mol/L V0S04 + 5mol/L H2S04的釩電池電解液。高濃度的電解液對(duì)于提高釩電池的能量密度是很有效的一個(gè)途徑。
[0009]本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，適宜于大規(guī)模生產(chǎn)，有利于釩電池的實(shí)用化。電解法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是適于制取高濃度的釩電池電解液，最高濃度可以達(dá)到5mol/L。在釩電池中，電池能量是以電解液的化學(xué)能形式儲(chǔ)存的，研制高濃度的液流電解質(zhì)是提高釩電池能量密度的有效途徑，因此用電解法制取釩電池電解液是一種比較合適的方法。
【具體實(shí)施方式】
[0010]一種通過(guò)電解合成法制備全釩液流電池正極電解液的方法，以V205為原料，在有隔膜的電解池負(fù)極區(qū)加人含V205的H2S04溶液，正極區(qū)加入相同濃度的H2S04溶液，在電解池兩極加上適當(dāng)?shù)闹绷麟姡琕205與負(fù)極接觸后在負(fù)極表面被還原，同時(shí)電解液中生成的V ( II )、V (III)、V (IV )也可將V205還原而使其溶解。
[0011]活性物質(zhì)與支持電解質(zhì)需要優(yōu)化配制。通過(guò)進(jìn)一步研宄在不同的溶液組成、不同的溶液充電狀態(tài)以及不同溫度下釩電池正極電解液的穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)3~4mol/L比通常用的2mol/L更適合，不僅穩(wěn)定性提高了，而且電解液的電導(dǎo)率增大了，這將提高電池在充放電循環(huán)中的電壓效率。另外，在較高溫度或不需要經(jīng)常進(jìn)行充放電循環(huán)的情況下，最適宜的電解液組成是1.5mol/L V(V)和3~4mol/L的硫酸；在沒(méi)有長(zhǎng)期高溫，并且持續(xù)進(jìn)行充放電循環(huán)的系統(tǒng)中2mol/L V(V)和3~ 4 mol/L硫酸組成的電解質(zhì)溶液可以安全使用。綜合考慮電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和電池的能量密度兩因素，V(IV )溶液的最佳濃度為1.5-2.0mol/L, H2S04的濃度為3mol/L。
[0012]對(duì)于本發(fā)明領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可根據(jù)以上描述的技術(shù)方案以及構(gòu)思，做出其它各種相應(yīng)的改變，對(duì)所有的這些改變都應(yīng)該屬于本發(fā)明要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種通過(guò)電解合成法制備全釩液流電池正極電解液的方法，其特征在于:以V205或偏釩酸鹽(NH4V03)為原料，在有隔膜的電解池負(fù)極區(qū)加人含V205或偏釩酸鹽的H2S04溶液，正極區(qū)加入相同濃度的H2S04，在電解池兩極加上適當(dāng)?shù)闹绷麟?，V205或偏釩酸鹽粉末與負(fù)極接觸后在負(fù)極表面被還原，同時(shí)電解液中生成的V( II )、V(III)、V(IV)也可將V205或偏釩酸鹽粉末還原而使其溶解。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種通過(guò)電解合成法制備全釩液流電池正極電解液的方法，以V2O5或偏釩酸鹽(NH4VO3)為原料，在有隔膜的電解池負(fù)極區(qū)加人含V2O5或偏釩酸鹽的H2SO4溶液，正極區(qū)加入相同濃度的H2SO4，在電解池兩極加上適當(dāng)?shù)闹绷麟?，V2O5或偏釩酸鹽粉末與負(fù)極接觸后在負(fù)極表面被還原，同時(shí)電解液中生成的V(Ⅱ)、V(Ⅲ)、V(Ⅳ)也可將V2O5或偏釩酸鹽粉末還原而使其溶解。該發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是適于制取高濃度的釩電池電解液，最高濃度可以達(dá)到5mol/L，適宜于大規(guī)模生產(chǎn)，有利于釩電池的實(shí)用化。
【IPC分類】H01M8-18
【公開號(hào)】CN104852074
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510165077
【發(fā)明人】陳殿磊, 吳艷民, 任鳳
【申請(qǐng)人】深圳市萬(wàn)越新能源科技有限公司
【公開日】2015年8月19日
【申請(qǐng)日】2015年4月9日