无机酸作为提高钒电池电池效率添加剂的应用制造技术

本发明专利技术涉及电池制造及能量存储领域，具体为一种无机酸作为提高钒电池电池效率添加剂的应用。以具有钒离子和硫酸的钒电池电解液为原料，在钒电池电解液中同时添加两种无机酸为电解液，无机酸为磷酸和氢碘酸，以实现提高钒电池的电池效率和稳定运行的目的。本发明专利技术工艺方法简单、操作容易、原料易得，成本低，同时可以实现电解液在电池循环过程中的稳定、高效运行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池制造及能量存储领域，具体为一种无机酸作为提高钒电池电池效率添加剂的应用。
技术介绍
全钒氧化还原液流电池(简称钒电池)是一种新型的电化学储能系统，与传统的蓄电池相比，具有可快速、大容量充放电、自放电率低和电池结构简单等特点，它是满足风能、太阳能等新型能源大规模储能的理想电源形式之一。钒电池正负极电解液为含V4+/V5+与V2+/V3+氧化还原电对的硫酸溶液，它不仅是导电介质，更是实现能量存储的电活性物质，是钒电池储能及能量转化的核心。目前，使用的钒电池电解液钒浓度为1.5～2mol/L，硫酸为3mol/L左右，在钒电池充电运行过程中，由于钒电池电解液一直在系统中循环，一旦出现相变会造成液体流到管道和电池组内部管道的堵塞，影响系统的稳定运行；另外，由于钒离子在硫酸中的溶解度有限，在一定程度上限制了系统能量密度的提高。同时，由于正负极平衡电位升高速度的不同，导致电解液利用率较低，进而使得电解液容量衰减较快。如何提高电池效率，容量保持率并使其在电池运行过程中保持良好的稳定性成为亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种无机酸作为提高钒电池电池效率添加剂的应用，提高钒电池电解液的电导率和钒离子的活性，降低电化学极化。另外，也提高电池容量，以实现提高电池效率和稳定运行的目的。本专利技术的技术方案是：一种无机酸作为提高钒电池电池效率添加剂的应用，以具有钒离子和硫酸的钒电池电解液为原料，在钒电池电解液中同时添加两种无机酸为电解液，无机酸为磷酸和氢碘酸，提高钒电池的电池效率。所述的无机酸作为提高钒电池电池效率添加剂的应用，原料中钒离子的价态为单一的五价、四价、三价或二价；或者，原料中钒离子的价态为四价和五价的混合物；或者，原料中钒离子的价态为四价和三价的混合物；或者，原料中钒离子的价态为三价和二价的混合物。所述的无机酸作为提高钒电池电池效率添加剂的应用，钒离子在钒电池电解液中的浓度为1～3mol/L。所述的无机酸作为提高钒电池电池效率添加剂的应用，硫酸在钒电池电解液中的浓度为0.5～3mol/L。所述的无机酸作为提高钒电池电池效率添加剂的应用，添加无机酸的浓度为H3PO4：0.1～3mol/L，HI：0.1～3mol/L。所述的无机酸作为提高钒电池电池效率添加剂的应用，优选添加无机酸的浓度为H3PO4：0.5～1.7mol/L，HI：0.5～1.7mol/L。所述的无机酸作为提高钒电池电池效率添加剂的应用，无机酸加入后，搅拌30～60min。所述的无机酸作为提高钒电池电池效率添加剂的应用，无机酸在室温加入。本专利技术的设计思想是：本专利技术以具有一定钒浓度和硫酸浓度的电解液为原料，在电解液中添加一定浓度的无机酸，一方面提高钒电池电解液的电导率和钒离子的活性，降低了电池充放电过程中的极化现象，实现了电池电压效率和能量效率的提高，另一方面能够有效增强电解液的稳定性，抑制了电池运行时的容量衰减问题，实现电池效率的提高和稳定运行。本专利技术的优点及有益效果是：1、本专利技术工艺方法简单，操作容易且原料易得，成本低，可以得到稳定性好的钒电池电解液，并能提高钒电池的电池效率。2、使用无机酸作为添加剂，一方面提高了电解液的电导率，降低了电化学极化现象，提高了电池的电压效率和能量效率；另一方面能够有效增强电解液的稳定性，实现电池的稳定运行。附图说明图1为实施例1中加入添加剂的充放电曲线。具体实施方式在具体实施方式中，本专利技术无机酸作为提高钒电池电池效率添加剂的应用，将无机酸为磷酸和氢碘酸作为提高钒电解液稳定性添加剂，以具有一定钒浓度和硫酸浓度的钒电池电解液为原料，钒离子的价态可以为单一的五价、四价、三价、二价或四价和五价的混合物，四价和三价的混合物及三价和二价的混合物，钒浓度为1～3mol/L，硫酸浓度为0.5～3mol/L，在电解液中添加一定浓度的无机酸，无机酸浓度为0.2～3mol/L(优选为0.5～1.7mol/L)，无机酸为H3PO4和HI。无机酸在室温加入后，搅拌30～60min，获得钒电池的电池效率指标范围如下：电压效率VE＝80.3～88.6％，能量效率EE＝79.7～86.4％，50个充放电循环容量衰减为17.4～8.2％。下面，通过实施例对本专利技术进一步详细阐述。实施例1取1.1molV5+、1.1molV4+和2molH2SO4混合价态电解液，加入0.8molH3PO4和1molHI，室温搅拌30min后，倒入容量瓶中，定容至1000mL，得到1.1molV5+、1.1molV4+的混合价态钒电解液。另外，不含任何添加剂的原电解液作为空白电解液，分别组装钒电池。其中电池隔膜为nafion膜，电极为活性炭毡，双极板为石墨板，电流密度为80mAcm-1。单电池在室温下进行恒流充放电，截止电压为1.75V，由此得到如图1所示的电池充放电曲线。空白电解液对应的电池性能为：库仑效率CE＝98.6％，电压效率VE＝84.3％，能量效率EE＝83.1％；而本实施例中，添加H3PO4+HI的电解液对应的电池性能为CE＝98.8％，VE＝86.2％，EE＝85.0％。实施例2取1.8molV5+和1molH2SO4电解液，加入0.2molH3PO4和0.4molHI，室温搅拌30min后，倒入容量瓶中，定容至1000mL，得到1.8mol/LV5+的钒电解液。另外，不含任何添加剂的原电解液作为空白电解液，分别组装钒电池。其中电池隔膜为nafion膜，电极为活性炭毡，双极板为石墨板，电流密度为80mAcm-1。单电池在室温下进行恒流充放电，截止电压为1.75V。空白电解液对应的电池性能为：CE＝97.8％，VE＝82.5％，EE＝80.7％；而本实施例中，添加H3PO4+HI的电解液的电池性能为CE＝97.7％VE＝84.8％，EE＝82.8％。实施例3取1.5molV4+、1.5molV3+和1.5molH2SO4混合价态电解液，加入1molH3PO4和0.6molHI，室温搅拌30min后，倒入容量瓶中，定容至1000mL，得到1.5molV4+、1.5molV3+的混合价态钒电解液。另外，不含任何添加剂的原电解液作为空白电解液，分别组装钒电池。其中电池隔膜为nafion膜，电极为活性炭毡，双极板为石墨板，电流密度为80mAcm-1。单电池在室温下进行恒流充放电，截止电压为1.75V。空白电解液对应的电池性能为：CE＝98.2％，VE＝84.6％，EE＝83.1％；而本实施例中，添加H3PO4+HI的电解液的电池性能为CE＝98.7％，VE＝86.8％，EE＝85.7％。实施例4取2.0molV4+和1molH2SO4电解液，加入0.8molH3PO4和0.6molHI，室温搅拌30min后，倒入容量瓶中，定容至1000mL，得到2mol/LV4+的钒电解液。另外，不含任何添加剂的原电解液作为空白电解液。分别组装钒电池。其中电池隔膜为nafion膜，电极为活性炭毡，双极板为石墨板，电流密度为80mAcm-1。单电池在室温下进行恒流充放电，截止电压为1.75V，考察电池容量衰减情况。50个充放电循环容量衰减结果可以看出，空白电解液容量衰本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无机酸作为提高钒电池电池效率添加剂的应用，其特征在于：以具有钒离子和硫酸的钒电池电解液为原料，在钒电池电解液中同时添加两种无机酸为电解液，无机酸为磷酸和氢碘酸，提高钒电池的电池效率。

【技术特征摘要】
1.一种无机酸作为提高钒电池电池效率添加剂的应用，其特征在于：以具有钒离子和硫酸的钒电池电解液为原料，在钒电池电解液中同时添加两种无机酸为电解液，无机酸为磷酸和氢碘酸，提高钒电池的电池效率。2.按照权利要求1所述的无机酸作为提高钒电池电池效率添加剂的应用，其特征在于：原料中钒离子的价态为单一的五价、四价、三价或二价；或者，原料中钒离子的价态为四价和五价的混合物；或者，原料中钒离子的价态为四价和三价的混合物；或者，原料中钒离子的价态为三价和二价的混合物。3.按照权利要求1所述的无机酸作为提高钒电池电池效率添加剂的应用，其特征在于：钒离子在钒电池电解液中的浓度为1～3mol/L。4.按照权利要求1所述的无机酸作为提高钒电池电...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦野，李享容，何虹祥，刘建国，严川伟，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21