一种用于降低电池材料沉积的全钒液流电池电解液及其制备方法，属于电解液制备领域。该电解液通过控制电池反应期间参与沉淀生成的各主副族杂质元素离子浓度保证电解液的效率，根据电解液中的杂质是否是同族元素，设置不同的总量范围值和单一杂质范围值。本发明专利技术通过控制杂质元素含量，降低杂质元素含量，使电池系统在不同运行模式下运行，提升系统放电容量，减少衰减速率同时保证系统效率不变，并能维持与高纯钒系统同等水平。
An all vanadium liquid flow battery electrolyte for reducing the deposition of battery materials and its preparation method
【技术实现步骤摘要】
一种用于降低电池材料沉积的全钒液流电池电解液及其制备方法
本专利技术涉及一种全钒液流电池电解液，具体涉及一种降低膜材料以及电极材料表面沉积的电解液，属于电解液制备领域。
技术介绍
现有的全液流电池高纯电解液中所含的金属杂质元素单一，要求电解液的纯度较高(>99％)，因此导致了电解液的总体成本偏高。而普通的电解液中由于存在大量的Na、Ca、Al、Mg、Ni，Ti、Zn等金属离子，这些杂质离子部分地参与活性物质所进行的氧化还原反应，致使钒电解液的导电材料中的沉积量增加，例如形成的CaSO4和MgSO4等微溶物会沉积到离子膜上，TiO2等物质会沉积到电极上，且这些沉积难以去除，这导致了电池材质的欧姆内阻增加，导电能力降低，系统发热量增大，充放电效率降低，容量衰减增加，最终影响电池的使用寿命。
技术实现思路
为克服电解液导电材料沉积量增加而影响电池使用效果的问题，本专利技术通过控制金属离子在电解液中的含量，在保持电池系统的性能不变情况下，降低在电池材料上的沉积量，同时使电解液的成本大大降低。本专利技术是一种用于降低电池材料沉积的全钒液流电池电解液及其制备方法，由原料采购进行控制，根据计算，对原料钒中沉积元素含量进行限制，其含量限值为：当含沉积元素的钒原料完全溶解形成电解液后，其沉积离子含量应满足以下各族元素范围值要求中任意一条。电解液中存在以下一种或一种以上同族杂质元素，满足以下条件：1.IA主族：Li+Na+K+Rb<800mg/L,且其中之一<200mg/L；2.IIA主族：Be+Mg+Ca+Sr+Ba<300mg/L,且其中之一<60mg/L；3.IIIA主族：B+Al+Ga<450mg/L，且其中之一<150mg/L；4.IVB副族：Ti<100mg/L；5.IIB副族：Zn+Cd+Hg<100mg/L，且其中之一<30mg/L；6.VIII副族：Ni+Co+Fe<200mg/L，且其中之一<60mg/L。电解液中存在不同族杂质元素，所述参与沉淀生成的杂质元素离子浓度满足以下其中一项条件：(1)含有IA主族和IIA主族元素，元素离子浓度总和<850mg/L：且IA主族中任一元素<150mg/L，且IIA主族中任一元素<50mg/L；(2)含有IIIA主族、IVB副族和IIB副族：元素离子浓度总和<560mg/L，且IIIA主族其中任一元素<120mg/L，Ti<100mg/L，IIB副族其中任一元素<30mg/L；(3)含有IIA主族、IIIA主族和VIII副族：元素离子浓度总和<650,IIA主族其中任一元素<50mg/L，IIIA主族其中任一元素<120mg/L，VIII副族其中任一元素<60mg/L；(4)含有IA主族、IIA主族、IIB副族和VIII副族：元素离子浓度总和<1200,且IA主族其中之一<150mg/L，IIA主族其中任一元素<50mg/L，IIB副族其中任一元素<30mg/L，VIII副族其中任一元素<60mg/L。工艺控制方法举例：配制2mol/L钒电解液，共需要95％的V2O5钒原料187.63g，但当原料中含有1.62％的硫酸钠时，当原料完全溶解生成钒电解液，溶液中含Na+为1000mg/L，所以如果控制电解液产品Na+<1000mg/L，则应选择硫酸钠含量低于1.62％的原料。本专利技术工艺控制方法如下：将原料按照工艺控制方法进行调节配制，以上述配方要求的元素含量为基础依据，进行配制钒电解液。电解液生产工艺分为如下两种方法：煅烧还原+电解法，化学还原+电解法。煅烧还原+电解法步骤如下：1)原料偏钒酸铵按照专利技术技术方案中元素含量放大后的标准，选择钒纯度为95％原料；2)原料偏钒酸铵加入反应炉中，加入还原物质(NH3)在高温500-900℃煅烧，进行还原反应，其产物为四氧化二钒(V2O4)粉末、水、氮气等，将炉内反应物料降温至50℃以下后，对反应产物进行第一次洗涤与过滤，过滤掉不溶性泥沙或洗去部分可溶性盐类等(控制滤袋孔径<10μm，使得过程中的不溶物挂在滤袋)；3)V2O4粉末加入含有硫酸(质量浓度10-15％)或盐酸(质量浓度25-30％)的防酸反应釜中混合，通过加热、搅拌进行反应约30分钟，进行第二次过滤后制备成含有硫酸浓度(10％质量浓度)的硫酸氧钒(VOSO4)或氯氧钒(VOCl2)盐酸(25-30％质量浓度)水溶液；4)普通工艺中加入络合剂或沉淀剂对杂质离子进行除杂的工艺，在本工艺中省略(因按照本工艺要求，允许一定量杂质离子的存在)；5)将配制好的4价或大于3.5价的电解液打入电解系统的负极储罐，设置电解电流(80mA/cm2)进行电解还原，得到价态为3.5价(3价与4价钒离子各占50％摩尔浓度含量)的硫酸或盐酸类电解液成品。当钒原料为粉末状V2O5时使用化学还原+电解法，该方法的步骤如下：1)原料偏钒酸铵按照专利技术技术方案中元素含量放大后的标准，选择钒纯度为95％原料；2)根据成品中钒浓度要求，向V2O5物料中加入质量浓度为10-15％的硫酸或20-25％盐酸先搅拌使其部分溶解，搅拌60分钟；3)之后根据使5价钒离子(VO2+)完全还原为(VO2+)所需的还原剂用量，计算加入草酸、乙醇及糖类等还原剂(也可直接通入SO2气体)，使1)中部分溶解后的5价钒离子(VO2+)还原为4价钒离子(VO2+)，并最终促进V2O5全部溶解并还原为4价钒离子(VO2+)；4)普通工艺中加入络合剂或沉淀剂对杂质离子进行除杂的工艺，在本工艺中省略(因按照本工艺要求，允许一定量杂质离子的存在)；5)通过过滤，除去不溶物(泥沙等)后，将还原为4价的钒离子(VO2+)溶液，通入电解系统的负极储罐进行电解还原，根据电解系统电极面积，设置电解电流密度为80mA/cm2，直至负极电解液达到3.5价(3价与4价钒离子各占50％摩尔浓度含量)；6)再次过滤(控制滤袋孔径<10μm，使得过程中的不溶物挂在滤袋)除去溶液中的不溶性杂质(碎屑、聚合物等)得到硫酸或盐酸类电解液成品。以上电解液体系为硫酸体系和盐酸体系或混合酸体系，其中硫酸体系：游离硫酸浓度为1～4mol/L，钒离子浓度为1～3mol/L；盐酸体系：游离盐酸浓度为5～11mol/L，钒离子浓度为2～4mol/L；硫酸和盐酸混合体系：游离盐酸浓度为5～11mol/L，游离硫酸浓度为0.1～3mol/L，钒离子浓度为2～4mol/L。本专利技术的有益效果：通过控制杂质元素含量，使电池系统在不同运行模式下，提升系统放电容量，减少衰减速率同时保证系统效率不变，并能维持与高纯钒系统同等水平；允许一些元素以规定的范围存在于电解液中，可以降低电解液总体成本，经济性良好；降低电池本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于降低电池材料沉积的全钒液流电解液，其包含钒离子作为活性物质，其特征在于，在电池反应期间参与沉淀生成的杂质元素离子浓度满足以下条件：/n电解液中存在以下一种或一种以上同族杂质元素，满足以下条件：/n(1)IA主族：Li+Na+K+Rb<800mg/L,且其中任一元素<200mg/L；/n(2)IIA主族：Be+Mg+Ca+Sr+Ba<300mg/L,且其中任一元素<60mg/L；/n(3)IIIA主族：B+Al+Ga<450mg/L，且其中任一元素<150mg/L；/n(4)IVB副族：Ti<100mg/L；/n(5)IIB副族：Zn+Cd+Hg<100mg/L，且其中任一元素<30mg/L；/n(6)VIII副族：Ni+Co+Fe<200mg/L，且其中任一元素<60mg/L。/n
【技术特征摘要】
1.一种用于降低电池材料沉积的全钒液流电解液，其包含钒离子作为活性物质，其特征在于，在电池反应期间参与沉淀生成的杂质元素离子浓度满足以下条件：
电解液中存在以下一种或一种以上同族杂质元素，满足以下条件：
(1)IA主族：Li+Na+K+Rb<800mg/L,且其中任一元素<200mg/L；
(2)IIA主族：Be+Mg+Ca+Sr+Ba<300mg/L,且其中任一元素<60mg/L；
(3)IIIA主族：B+Al+Ga<450mg/L，且其中任一元素<150mg/L；
(4)IVB副族：Ti<100mg/L；
(5)IIB副族：Zn+Cd+Hg<100mg/L，且其中任一元素<30mg/L；
(6)VIII副族：Ni+Co+Fe<200mg/L，且其中任一元素<60mg/L。
2.一种用于降低电池材料沉积的全钒液流电解液，其特征在于，电解液中存在不同族杂质元素，所述参与沉淀生成的杂质元素离子浓度满足以下其中一项条件：
(1)含有IA主族和IIA主族元素，元素离子浓度总和<850mg/L：且IA主族中任一元素<150mg/L；且IIA主族中任一元素<50mg/L；
(2)含有IIIA主族、IVB副族和IIB副族：元素离子浓度总和<560mg/L，且IIIA主族其中任一元素<120mg/L，Ti<100mg/L，IIB副族其中任一元素<30mg/L；
(3)含有IIA主族、IIIA主族和VIII副族：元素离子浓度总和<650,IIA主族其中任一元素<50mg/L，IIIA主族其中任一元素<120mg/L，VIII副族其中任一元素<60mg/L；
(4)含有IA主族、IIA主族、IIB副族和VIII副族：元素离子浓度总和<1200,且IA主族其中之一<150mg/L，IIA主族其中任...
【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，邹毅，鞠辉，高新亮，王晓丽，胡影，王良，王杰，王丹，张华民，
申请(专利权)人：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
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