一种减小全钒液流电池电化学极化的方法，通过向全钒液流电池的电解液中引入Sn2+，提高V2+/V3+反应的电化学活性，减小液流储能电池的电化学极化；所述Sn2+的浓度为0.01～0.3mol/L。通过向全钒液流电池的电解液中添加一定浓度的Sn2+，可以提高V2+/V3+反应的电化学活性，减小液流储能电池的电化学极化，从而提高电池的电压效率、能量效率和工作电流密度。此外，在充放电过程中，负极除了发生V2+/V3+氧化还原反应外，还会发生Sn/SnO的氧化还原反应，提高电池的充放电容量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及化学储能技术中的液流储能电池领域,特别涉及全钥;液流储能电池。
技术介绍
全钒液流电池因其具有输出功率和容量相互独立，系统设计灵活；能量效率高，寿命长，运行稳定性和可靠性高，自放电低；选址自由度大，无污染、维护简单，运营成本低，安全性高等优点，在规模储能方面具有广阔的发展前景，被认为是解决太阳能、风能等可再生能源发电系统随机性和间歇性非稳态特征的有效方法，在可再生能源发电和智能电网建设中有着重大需求。目前，制约全钒液流电池商业化的主要限制就是成本问题。要降低其成本，主要解决方法有两个:一为降低各关键材料的成本，如离子交换膜、电解液、电极双极板的成本；一为提高电池运行的工作电流密度。因为工作电流密度的提高可以提高电池的功率密度，即可以用同样的电堆实现更大的功率输出，而且还可以减少储能系统的占地面积和空间，提高其环境适应能力及系统的可移动性，扩展液流储能电池的应用领域。然而，工作电流密度的提高会导致电压效率和能量效率的降低。为了在不降低能量效率的前提下提高电池的工作电流密度，就需要尽可能地减小电池极化，即欧姆极化、电化学极化和浓差极化，降低电压损耗。目前已公开的专利文献中针对减小液流储能电池电化学极化的方法主要是对电极材料进行改性处理，如:(1)对电极材料如石墨毡、碳纸等进行氧化改性处理，在碳纤维表面修饰含氧官能团，提高电极的电催化活性，减小电池的电化学极化，如专利CN 101465417A和CN101182678A中公开的对石墨毡进行电化学氧化的方法。(2)对电极材料如石墨毡、碳纸等进行金属化处理，即在碳纤维表面上修饰金属离子，如 Sun 等(Sun, Β.T.；Skyllas-Kazacos, M.Chemical Modificat1n andElectrochemical Behav1r of Graphite Fiber in Acidic Vanadium Solut1n.Electrochim.Actal991，36，513-517.)在碳纤维表面上修饰了 Mn2+、Te4+、In3+ 和 Ir3+ 等，发现Ir3+对电极材料的电催化活性的提高最有作用，但由于贵金属的使用造成电极的成本偏高，故而并不适合大规模应用。
技术实现思路
本专利技术旨在提供。该方法通过在电解液中添加一定浓度的Sn2+，提高V2+/V3+反应的电化学活性和电化学可逆性，减小电池的电化学极化，从而提高电池的电压效率、能量效率和工作电流密度。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为:通过向全钒液流电池的电解液中引入Sn2+，提高V2+/V3+反应的电化学活性，减小液流储能电池的电化学极化；所述Sn2+ 的浓度为 0.01 ?0.3mol/L。所述引入Sn2+的方式为，在电解液中添加Sn单质、Sn氧化物或Sn金属盐中的一种或二种以上，在电解液中形成一定浓度的Sn2+环境。所述Sn氧化物为SnO或Sn02中的一种或二种；所述Sn金属盐为硫酸亚锡、二氯化锡、四氯化锡、草酸亚锡、锡酸钠或锡酸钾中的任意一种或二种以上，优选地为硫酸亚锡、二氯化锡中的一种或二种；所述Sn2+的浓度优选地为0.01?0.lmol/L。所述全钒液流电池的电解液为全钒液流电池的负极电解液，即将Sn2+仅引入到全钒液流电池的负极电解液中。本专利技术具有如下优点:(1)采用本专利技术的方法，提高了负极V2+/V3+氧化还原反应的电催化活性和电化学可逆性，减小了电荷传递电阻，提高了全钒液流电池的电压效率和能量效率。(2)采用本专利技术的方法，在充放电过程中，负极除了发生V2+/V3+氧化还原反应外，还会发生Sn/SnO的氧化还原反应，可以提高电池的充放电容量。(3)本专利技术的减小电化学极化的方法较现有的电极材料改性方法而言更加简单易操作，具有商业化推广应用价值。【附图说明】图1是碳毡在本专利技术实施例1电解液和比较例1电解液中的循环伏安曲线图，扫描速率:10mV/s ；图2是采用本专利技术实施例1和比较例1中电解液的全钒液流单电池在不同电流密度时的电压效率；图3是采用本专利技术实施例1和比较例1中电解液的全钒液流单电池在不同电流密度时的能量效率。【具体实施方式】下面通过具体实施例详述本专利技术。实施例1传统的全钒液流电池正极电解液为1.5M V02+的3M H2S04溶液，负极电解液为1.5MV3+的3M H2S04溶液。称取一定量的SnCl2加入到负极电解液中，超声分散30min使其完全溶解，Sn2+浓度控制在0.02M。为测试钒离子氧化还原电对在加入了 Sn2+电解液中的电化学活性，对实施例1制备的电解液进行了循环伏安测试。以碳毡作为工作电极，无孔石墨板作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，采用的电化学测试仪器为上海辰华公司的CHI612型电化学工作站，扫描范围分别为-1V?0V，扫描速率为10mV/S。本实施例中加入了 Sn2+电解液的循环伏安曲线如图1所示，比较两种电解液中V( II )/V(III)的电化学氧化、还原峰位置和峰电流大小可知，电极在加入了 Sn2+的电解液中较比较例标准电解液中具有明显提高的电催化活性及电化学可逆性。采用碳毡作为正负极，Naf1nll5作为隔膜组装成单电池，以实施例1中制备的电解液进行充放电性能测试，正负极电解液各取60ml。其在80-160mA/cm2时的电压效率和能量效率如图2和图3所示，从中可以看出，与比较例1中实用标准电解液相比，本实施例中单电池的电压效率在80mA/cm2的电流密度下从88%提高到了 90%，能量效率能达到85.6% ;在120mA/cm2的高电流密度下电压效率从83%提高到了 84.6%，能量效率也能达到81.2%。此外，与比较例1相比，本实施例的充放电容量提高了 10%左右。比较例1采用碳毡作为正负极，Naf1nll5作为隔膜组装成单电池，进行充放电性能测试。正极电解液为1.5M V02+的3M H2S04溶液60ml，负极电解液为1.5M V3+的3M H2S04溶液60ml。实施例2传统的全钒液流电池正极电解液为1.5M V02+的3M H2S04溶液，负极电解液为1.5MV3+的3M H2S04溶液。称取一定量的SnS04加入到负极电解液中，超声分散30min使其完全溶解，Sn2+浓度控制在0.1M。单电池组装评测条件同实施例1，与实施例1不同之处在于:采用本实施例电解液的全钒液流电池，电流密度为80mA/cm2时，电压效率和能量效率分别为89.3%和85.1 % ;电流密度提高到120mA/cm2时，电压效率和能量效率仍然保持在84.2%和80.7%。与比较例1相比，本实施例的充放电容量提高了 20%左右。实施例3传统的全钒液流电池正极电解液为1.5M V02+的3M H2S04溶液，负极电解液为1.5MV3+的3M H2S04溶液。称取一定量的Sn加入到正负极电解液中，超声分散30min使其完全溶解，Sn2+浓度控制在0.05M。单电池组装评测条件同实施例1，与实施例1不同之处在于:采用本实施例电解液的全钒液流电池，电流密度为80mA/cm2时，电压效率和能量效率分别为89%和84.8% ;电流密度提高到120mA/cm2时，电压效率和能量效率仍然保持在83.8%和80.5%。与比较例本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种减小全钒液流电池电化学极化的方法，其特征在于：通过向全钒液流电池的电解液中引入Sn2+，提高V2+/V3+反应的电化学活性，减小液流储能电池的电化学极化；所述全钒液流电池的电解液中Sn2+的浓度为0.01～0.3mol/L。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘涛，张华民，李先锋，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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