提高全钒液流电池运行时高浓度负极电解液稳定性的方法技术

本发明专利技术涉及提高全钒液流电池运行时高浓度负极电解液稳定性的方法，所述可溶性碱性物质为质量浓度20‑35％的氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铝、氢氧化锂、氢氧化铷中的至少一种。所述高浓度负极电解液为二价和/或三价钒的硫酸水溶液，其中钒离子浓度为1.6‑4mol/L，硫酸浓度为0.5‑3mol/L。本发明专利技术使用的提高高浓度负极电解液稳定性的稳定剂，能够在短时间内使高浓度负极电解液中的H

【技术实现步骤摘要】
提高全钒液流电池运行时高浓度负极电解液稳定性的方法
本专利技术涉及一种电解液在全钒液流电池中的应用。
技术介绍
随着全世界范围内化石能源的不断枯竭以及人们环境保护意识的不断增强，可再生能源发电技术越来越受到人们的青睐。可再生能源主要包括风能、太阳能、生物质能、海洋能等，它们通常被转化成电能使用。而这些可再生能源发电受地域、气象等条件的影响具有明显的不连续、不稳定性。为了平滑和稳定可再生能源的发电输出及解决发电与用电的时差矛盾，提高电力品质和电网可靠性，必须发展高效储能技术。全钒液流电池(VFB)由于具有系统容量和功率相互独立可调、响应迅速，安全可靠，环境友好，循环寿命长、易维护和再生等突出优势而成为可再生能源发电，电网削峰填谷，应急及备用电站等规模化储能中最有发展前景的技术之一。全钒液流电池的关键材料主要包括电极双极板、膜和电解液。全钒液流电池关键材料的研究，尤其是在提高关键材料的稳定性、耐久性和降低成本等方面的研究就显得尤为重要。电解液是全钒液流电池的重要组成部分，它的浓度和体积直接决定了电池的容量。因此，电解液的稳定性直接影响到全钒液流电池的稳定性。全钒液流电池所采用的支持电解质是硫酸的水溶液，而三价钒离子在高质子浓度下容易析出，不但导致电池容量降低，而且容易堵塞电池及管路，影响了电池在长期运行过程中的稳定性。当电解液中钒离子浓度高时，负极电解液中的三价钒离子在高质子浓度下更容易析出。因此，需要提高高浓度负极电解液的稳定性，从而提高系统的稳定性。
技术实现思路
本专利技术目的在于解决上述问题，提供了一种提高全钒液流电池运行时高浓度负极电解液稳定性的方法，将由于迁移等导致负极增加的H+浓度降低，以达到提高全钒液流电池高浓度负极电解液稳定性的目的。该方法能够在短时间内降低负极电解液中H+浓度，使系统稳定运行。全钒液流电池的负极电解液在正常情况下，H+浓度是不会发生变化的，因为负极反应即不会生成H+，也不会消耗H+。而正极反应中有H+参与，正极反应方程式为电池经过一定时间的运行，随着离子互串、副反应的发生及离子扩散，正极H+迁移至负极，导致负极的H+浓度升高，而当负极H+浓度升高时，负极钒离子的稳定性变差而析出固体，导致电池无法正常充放电。本专利技术为解决上述问题，采用的技术方案为：将可溶于全钒液流电池电解液体系且不产生沉淀的碱性物质加入运行的、H+浓度升高的高浓度负极电解液中，降低其H+浓度，从而达到提高负极电解液稳定性的目的。本专利技术所述高浓度负极电解液为二价和/或三价钒的硫酸水溶液，电池运行前，其中钒离子浓度为1.6-4mol/L，硫酸浓度为0.5-3mol/L，优选钒离子浓度为2-3mol/L，硫酸浓度为1-2.5mol/L；电池运行后，负极电解液中H+浓度高于H+初始浓度0.8-4mol/L(优选0.8-2mol/L，更优选0.8-1mol/L)时，向其中加入可溶性碱性物质，使H+浓度降至初始浓度到小于初始浓度+0.8mol/L，电池继续运行。本专利技术所述碱性物质作为提高全钒液流电池运行时高浓度负极电解液稳定性的恢复剂，碱性物质为质量浓度20-35％的氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铝、氢氧化锂、氢氧化铷中的至少一种。优选质量浓度20-35％的氨水、氢氧化钠、氢氧化钾。所述全钒液流电池正极电解液为四价和/或五价钒的硫酸水溶液，其中钒离子浓度为1.0-4mol/L，硫酸浓度为0.5-3mol/L，优选钒离子浓度为2-3mol/L，硫酸浓度为1-2.5mol/L。按照理论值，1mol碱性物质被中和后，有固定的失电子数，如果该稳定剂超过所需量，会导致电解液中H+浓度过低，电导率过低，影响电池性能，如果稳定剂添加量不足，则负极钒离子仍存在析出风险，从而影响电池运行。本领域熟练技术人员可以通过测定负极H+浓度、电解液体积及其选定的稳定剂种类，确定稳定剂的添加量，所述碱性物质的添加量为OH-摩尔浓度等于电池运行后的电解液中H+摩尔浓度与初始电解液H+摩尔浓度之差-A，A为0mol/L到0.8mol/L。本专利技术的有益结果：1)本专利技术提出一种提高全钒液流电池运行时高浓度负极电解液稳定性的方法，能够在短时间内降低高浓度负极电解液中的H+浓度，提高高浓度负极电解液的稳定性；2)本专利技术添加剂的加入对电解液组成无明显不利影响，对电池性能及系统各个部件也无明显不利影响。3)本专利技术工艺操作简单、反应速度可控、同时能够保证电池能够长期地高效稳定运行。4)本专利技术所用原料来源广泛，价格低廉。具体实施方式下面的实施例是对本专利技术的进一步说明，而不是限制本专利技术的范围。对比例1以正负极组成均为钒离子浓度2mol/L，硫酸浓度2mol/L的电解液进行全钒液流电池实验，正负极电解液体积分别为200mL，实验结果发现，电池运行220循环左右负极三价钒固体附着在碳毡上，导致碳毡变硬，电解液流量下降，电池无法继续运行。经检测，此时负极H+浓度为6.85mol/L。实施例1以正负极组成均为钒离子浓度2mol/L，硫酸浓度2mol/L的电解液进行全钒液流电池实验，正负极电解液体积分别为200mL，当电池运行150循环后，检测负极H+浓度为6mol/L，向其中加入适量质量浓度28％的氨水，将H+浓度降至4.8mol/L，电池继续运行，当电池运行至400循环后，检测负极H+浓度为5.4mol/L，实验结果发现，电池运行400循环后，仍可以正常运行，且性能无明显衰减。电池性能如表1所示表1添加稳定剂氨水前后电池性能库伦效率电压效率能量效率初始97％86％83％150循环后97％85％82％加入氨水后97％85％82％实施例2以正负极组成均为钒离子浓度2mol/L，硫酸浓度2mol/L的电解液进行全钒液流电池实验，正负极电解液体积分别为200mL，当电池运行100循环后，检测负极H+浓度为5.7mol/L，向其中加入适量氢氧化铝，将H+浓度降至4.2mol/L，电池继续运行，当电池运行至450循环后，检测负极H+浓度为5mol/L，实验结果发现，电池运行450循环后，仍可以正常运行，且性能无明显衰减。电池性能如表2所示表2添加稳定剂氢氧化铝前后电池性能库伦效率电压效率能量效率初始97％87％84％100循环后97％86％83％加入氢氧化铝后97％86％83％实施例3以正负极组成均为钒离子浓度3mol/L，硫酸浓度1.8mol/L的电解液进行全钒液流电池实验，正负极电解液体积分别为200mL，当电池运行70循环后，检测负极H+浓度为5.5mol/L，向其中加入适量氢氧化铷，将H+浓度降至4mol/L，电池继续运行，当电池运行至200循环后，检测负极H+浓度为4.8mol/L，实验结果发现，电池运行200循环后，仍可以正常运行，且性能无明显衰减。电池性能如表3所示表3添加稳定剂氢氧化铷前后电池性能库伦效率电压效率能量效率初始98％86％84％70循环后98％85％83％加入氢氧化铷后98％84％82％本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.提高全钒液流电池运行时高浓度负极电解液稳定性的方法，其特征在于：所述高浓度负极电解液为二价和/或三价钒的硫酸水溶液，电池运行前，其中钒离子浓度为1.6‑4mol/L，硫酸浓度为0.5‑3mol/L，优选钒离子浓度为2‑3mol/L，硫酸浓度为1‑2.5mol/L，电池运行后，负极电解液中H

【技术特征摘要】
1.提高全钒液流电池运行时高浓度负极电解液稳定性的方法，其特征在于：所述高浓度负极电解液为二价和/或三价钒的硫酸水溶液，电池运行前，其中钒离子浓度为1.6-4mol/L，硫酸浓度为0.5-3mol/L，优选钒离子浓度为2-3mol/L，硫酸浓度为1-2.5mol/L，电池运行后，负极电解液中H+浓度高于H+初始浓度0.8-4mol/L(优选0.8-2mol/L，更优选0.8-1mol/L)时，向其中加入可溶性碱性物质，使H+浓度降至初始浓度到小于初始浓度+0.8mol/L，电池继续运行。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述可溶性碱性物质为质量浓度20-35％的氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铝、氢氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙佳伟，李先锋，张华民，史丁秦，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，大连融科储能技术发展有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21