一种铅液流电池电解液制造技术

本发明专利技术属于电池电解液领域，并公开了一种铅液流电池电解液，所述铅液流电池电解液的溶剂为去离子水，溶质包含甲基磺酸铅和甲基磺酸，其中甲磺酸铅的摩尔浓度为0.1mol/L‑2mol/L，甲基磺酸的摩尔浓度为0.1mol/L‑1mol/L。本发明专利技术涉及的使用回收铅粉制备的铅液流电池电解液与传统分析纯化学试剂配制的到的电解液在电池性能上差异较小，使用更为环保的铅粉代替分析纯PbO制备适用于铅液流电池的电解液，既降低了成本，又可以将报废的铅酸电池进行有效的利用。

Electrolyte for lead flow battery

The invention belongs to the field of battery electrolyte, and discloses a lead flow battery electrolyte solvent, the lead liquid flow battery electrolyte is deionized water, solute containing methyl sulfonic acid lead and methyl sulfonic acid, the molar concentration of lead methanesulfonate is 0.1mol/L 2mol/L, the molar concentration of methyl sulfonic acid for 0.1mol/L 1mol/L. The present invention relates to the use of recycling preparation of pure chemical reagents for preparation of liquid lead lead flow battery electrolyte with traditional analysis to the difference in the electrolyte battery performance is small, the use of more environmentally friendly powder instead of pure PbO preparation for electrolyte in lead flow battery, which can reduce the cost, and can be a lead-acid battery the effective use of scrap.

【技术实现步骤摘要】
一种铅液流电池电解液
本专利技术属于铅液流电池电解液领域。
技术介绍
铅酸蓄电池从专利技术至今已经历了150余年的发展历程，其在二次电池工业中仍占据主导地位。目前国内大多铅酸蓄电池制造企业采用铅粉作为铅酸蓄电池的活性材料，其组成是指由70％～80％的PbO和20％～30％的自由铅(Pb、PbO2和Pb3O4)组成的混合物。在电池报废后通过湿法回收工艺回收可得到含有一定杂质的铅粉，但是回收铅粉的处理处置问题也是目前急迫需要解决的问题之一。液流电池是一种结合氧化还原液流电池概念下的下一代铅酸电池，其制作工艺相对简单，其储能成本低于传统铅蓄电池，在大规模储能领域有较好应用前景。电解液作为铅液流电池的核心部分存储于储液罐之中，通过泵传输到电池内部进行电化学反应。在电池充电时在充电/放电过程中，正极和负极分别同时消耗/释放Pb2+离子。Pb2+电解质的流动可提高电极固液界面传质，提高功率密度，同时铅酸液流电池的储能容量取决于从外部储存罐泵入反应室的Pb2+电解质的量，因此电解液的性质以及成本是决定铅液流电池规模化的制约因素之一。现有技术中甲基磺酸铅电解液的配制是将PbCO3与甲基磺酸反应得到，然而这种方法制备得到的甲基磺酸铅成本较高，不利于扩大规模。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种铅液流电池电解液，为铅液流电池充放电过程提供活性物质，有利于解决废旧铅酸液流电池的处理处置难题。为实现上述目的，按照本专利技术，提供了一种铅液流电池电解液，其特征在于，所述铅液流电池电解液的溶剂为去离子水，溶质包含甲基磺酸铅和甲基磺酸，其中甲磺酸铅的摩尔浓度为0.1mol/L-2mol/L，甲基磺酸的摩尔浓度为0.1mol/L-1mol/L。优选地，所述甲磺酸铅采用湿法回收废铅膏得到的铅粉与甲基磺酸反应得到。优选地，所述铅粉为未除杂铅粉。优选地，所述铅液流电池电解液的获取步骤如下：1)向湿法回收废铅膏制备的未除杂铅粉中加入去离子水，再将甲基磺酸缓缓加入上述溶液中并搅拌，直至完全反应；2)将步骤1)中反应完全后的溶液过滤，得到的澄清过滤液即为铅液流电池电解液。优选地，所述电池电解液用于3D打印机制备的电解槽中，电解槽两侧分别封装正电极板和负电极板。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术采用的铅粉原料来源稳定，有利于大规模制备甲基磺酸铅电解液。(2)湿法回收铅粉无需除杂处理，可直接适用于甲基磺酸铅液流电池中，有利于简化回工艺，缩短回收流程，有效降低回收成本。(3)本专利技术涉及的、铅液流电池电解液制备工艺简单，充分利用回收铅粉中的活性物质，有效降低电池制作及运行成本。(4)本专利技术涉及的使用回收铅粉制备的铅液流电池电解液与传统分析纯化学试剂配制的到的电解液在电池性能上差异较小，使用更为环保的铅粉代替分析纯PbO制备适用于铅液流电池的电解液，既降低了成本，又可以将报废的铅酸电池进行有效的利用。附图说明图1为不同原料制备电解液的Tafel图；图2(a)为回收的未除杂铅粉制备的电解液的循环伏安测试曲线图；图2(b)为回收的除杂后的铅粉制备的电解液的循环伏安测试曲线图；图3为电池CV测试中Ba杂质的含量变化图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。参照图1～图3，一种铅液流电池电解液，所述铅液流电池电解液的溶剂为去离子水，溶质包含甲基磺酸铅和甲基磺酸，其中甲磺酸铅的摩尔浓度为0.1mol/L-2mol/L，甲基磺酸的摩尔浓度为0.1mol/L-1mol/L。进一步，所述甲磺酸铅采用湿法回收废铅膏得到的铅粉与甲基磺酸反应得到。进一步，所述铅粉为未除杂铅粉，这样可以大规模获得铅粉。进一步，所述铅液流电池电解液的获取步骤如下：1)向湿法回收废铅膏制备的未除杂铅粉中加入去离子水，再将甲基磺酸缓缓加入上述溶液中并搅拌，直至完全反应；2)将步骤1)中反应完全后的溶液过滤，得到的澄清过滤液即为铅液流电池电解液。优选地，所述电池电解液用于3D打印机制备的电解槽中，电解槽两侧分别封装正电极板和负电极板。验证例：在通风橱分别用分析纯氧化铅、回收得到的未除杂铅粉(R-2)、回收得到的除杂铅粉(R-3)，三种不原料配制甲基磺酸铅液流电池的电解液。回收得到的两种铅粉的差异除去理化性质上存在较小的差距，主要差异在于R-2为未除杂的铅粉，其中含有1197.7mg/LFe和1579.7mg/LBa等杂质；而R-3则是除杂后的铅粉，其中的Fe和Ba等杂质含量远低于前者。由于两者的氧化度存在差异，而甲基磺酸只和PbO反应，因此计算其中PbO的含量称取适量的铅粉配置电解液，其具体用量如表1所示。表1配置电池电解液(1L)所需原料甲基磺酸溶液只与铅粉中的PbO反应，经过过滤后得到澄清的溶液。使用两种铅粉配置成为相同组分的电解液后，进行电化学测试；以探究其是否会受到原料的影响。在转速为1600rpm下，进行线性扫描测试(LSV)；图1为三种不同的铅粉制备的电解液以及分析纯的原料制备的电解液进行LSV测试，从图中可知，使用不同原料制备的电解液差别不大，这三种的平衡电位都在-370mV左右，而彼此之间相差在10mV之内，而其他的参数也显示其差异性很小。因此可以推断不同的原料对电解液中铅单质沉积溶解过程并未产生较大影响。为探究在长期沉积溶解过程中，不同的电解液是否会有差异。将工作电极和对电极分别连接上铂丝，进行长时间循环伏安测试，在传统铅酸电池中Pb与PbSO4之间相互转化时的现象，会出现明显的氧化还原峰。而在甲磺酸溶液中Pb的沉积溶解不同与前者，当电位偏离平衡电位后就会发生Pb的沉积溶解过程，所以其结果表现为一条斜线；为方便观察，将电流取对数后进行作图，图2为测试结果。从循环伏安测试结果可知，经过300次CV循环后，两种电解液性质保持稳定，平衡电位都在-380mV左右，与之前在旋转圆盘电极上测试的结果有一定差异，这是因为在后者存在强制对流效应，会影响传质过程；而随着循环的继续，R-2和R-3这两者的平衡电位都向正向偏移了30mV左右，因为在CV循环的过程中部分Pb会沉积在铂丝表面未被溶解，从而改变整个体系的电导率。因此可推断不同的原料对于相同组分的电解液中Pb沉积溶解的过程并没有影响。R-2和R-3这两种铅粉制备的电解液最大的不同是两者含有不同含量的杂质，而且含量差异很大，因此使用ICP测定制备的电解液中杂质含量以及在CV循环过程中的杂质含量，以探究在此过程中是否存在杂质转移的过程。将由R-2和R-3获得的两种电解液在CV循环过程中分别取样，分别在100、200、300次时取出部分溶液，进行ICP测试分析其中杂质的含量，以探究杂质是否会在Pb沉积溶解过程中转移到电极表面生成的Pb和PbO2中。图3为典型杂质Ba在CV循环过程中含量的变化。从图中可以看出，在CV循环过程中各种杂质的含量基本保持一致，不随循环次数的增加而增加。因此可以推论不同原料制备的电解液各项性能几乎没有差别，其中杂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铅液流电池电解液，其特征在于，所述铅液流电池电解液的溶剂为去离子水，溶质包含甲基磺酸铅和甲基磺酸，其中甲磺酸铅的摩尔浓度为0.1mol/L‑2mol/L，甲基磺酸的摩尔浓度为0.1mol/L‑1mol/L。

【技术特征摘要】
1.一种铅液流电池电解液，其特征在于，所述铅液流电池电解液的溶剂为去离子水，溶质包含甲基磺酸铅和甲基磺酸，其中甲磺酸铅的摩尔浓度为0.1mol/L-2mol/L，甲基磺酸的摩尔浓度为0.1mol/L-1mol/L。2.根据权利要求1所述的一种铅液流电池电解液，其特征在于，所述甲磺酸铅采用湿法回收废铅膏得到的铅粉与甲基磺酸反应得到。3.根据权利要求1所述的一种铅液流电池电解液，其特征在于，所述铅粉为未除杂铅粉。...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴旭，陈渊，纪良鑫，董金鑫，谢梦茹，李金东，杨家宽，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42