全钒离子液流电池电解液及其制备方法技术

本发明专利技术涉及全钒离子液流电池电解液，它是由硫酸钒盐、硫酸、水、乙醇和添加剂组成，所述添加剂为硫酸钠、焦磷酸钠、氟硅酸钠、双氧水中的一种或多种。本发明专利技术还提供了该电解液的制备方法，将钒厂的合格钒液泵入反应罐，用硫酸调节溶液的ｐＨ值，通入液态ＳＯ↓［２］还原后，用碳酸钠调节溶液的ｐＨ值，获得ＶＯ↓［２］沉淀，沉淀溶解在含有硫酸、水和乙醇的溶液中，加入添加剂，置于电解槽中电解，获得３价钒和４价钒各占总钒５０％、总钒浓度１．０ｍｏｌ／Ｌ～４．２ｍｏｌ／Ｌ的钒电池用钒电解液。本发明专利技术提供的钒电解液流动性，稳定性，电化学反应活性以及电池抗低温环境能力高，用钒厂的中间过程产品直接生产钒电池用电解液，大大降低工艺成本。

【技术实现步骤摘要】
全钒离子液流电池电解液及其制备方法
本专利技术涉及一种储能型液体流态电池——全钒离子液流电池，特别是涉及一种全钒离子液流电池的电解液。
技术介绍
钒电池是目前发展势头强劲的绿色环保蓄电池之一，它的制造、使用及废弃过程均不产生有害物质。它具有特殊的电池结构，其活性物质与电堆分开的结构特点同燃料电池类似，生产制造成本低于燃料电池，生产工艺较铅酸电池和燃料电池相对简单。全钒离子液流电池由于不同价态离子相对电极电位较高，可深度大电流密度放电，充电迅速，能量转化率高，可制备兆瓦级电池组，大功率长时间提供电能，应用领域十分广阔，可作为大厦、机场、程控交换站备用电源，太阳能等清洁发电系统的配套储能装置，以及为远洋轮船提供电力和用于电网调峰等，在大规模储能领域具有锂离子电池、镍氢电池不可比拟的性价比优势。其生产工艺简单，价格经济，电性能优异，与制造复杂、价格昂贵的燃料电池相比，无论是在大规模储能还是电动汽车动力电源的应用前景方面，都更具竞争实力。全钒离子液流电池采用含钒溶液作为正、负极电解液，在正、负电极上完成电子交换，实现其充、放电；其中主要采用硫酸氧钒作为电池的活性物质，即电解液。硫酸氧钒、硫酸和水按比例配制钒电解液，与适当的电极材料、导电隔膜材料、电池壳体、电解液储罐以及电解液输送系统共同组成钒电池。现有技术是将V2O5溶解于硫酸，用液态SO2等还原剂还原，反应完全后调整钒浓度，加入添加剂，置于电解槽中电解，获得钒电池用钒电解液。该技术中使用的V2O5是合格钒液经过沉钒、过滤、干燥以及500℃高温焙烧后获得，钒电解液成本较高；另外，硫酸溶解V2O5的反应要在300℃高温下进行，对设备要求高。钒电解液在钒电池中充、放电运行时，电解液的粘度、电导率以及在不同环境温度下的稳定性，对电池的性能有较大的影响。现有的钒电解液主体成分是硫酸钒盐[正极(VO2)2SO4和VOSO4，负极V2(SO4)3和VSO4]以及硫酸和水，存在粘度高的缺陷，影响其稳定性和导电性，尤其难以适应低温环境。中国专利(公开号CN 1507103)“高能静态钒电池”所述钒电解液中添加稳定剂如醇类、有机酸、盐或高分子化合物，“可使-->五价和二价钒离子浓度超过极限浓度不会沉淀或析出，可形成胶体或保持溶液状态，”所加稳定剂的目的仅是防止钒离子高浓度时沉淀或析出，且该申请并没有公开该电解液的充放电性能。许茜等的文章“提高钒电池电解液的稳定性”(电源技术vol.26 No.1Feb.2002)介绍了加入2％的硫酸钠提高了钒电解液(硫酸、水体系)的稳定性和电导率，针对硫酸、水、乙醇体系稳定性和电导率和低温使用性能研究善没有报道。因此，全钒离子液流电池迫切需要新的可以低成本获得钒电解液的制备方法，以及新的电解液配方体系，以提高溶液的稳定性和导电性能，以及电池在低温环境下使用的性能。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种钒电解液以及钒电解液的制备方法。本专利技术提供的钒电解液组成为：硫酸钒盐、硫酸、乙醇、水和添加剂，所述添加剂为硫酸钠、焦磷酸钠、氟硅酸钠、双氧水中的一种或多种，添加剂所占比例为电解液总重量的0％～5％w/w。所述全钒离子液流电池电解液中总钒浓度为：1.0～4.2mol/L，硫酸浓度为：1.5～3.5mol/L，乙醇浓度为：15％～50％v/v，添加剂含量为0％～5％w/w。进一步地，所述全钒离子液流电池电解液中总钒浓度为：1.5～3.0mol/L，硫酸浓度为：2.0～3.5mol/L，乙醇浓度为：20～40％v/v，添加剂含量为0％～5％w/w。本专利技术提供的钒电解液的制备方法为：a、将钒厂的合格钒液(总钒浓度为0.29～0.35mol/L)泵入反应罐，用硫酸调节溶液的pH值至0.2～2.0，通入液态SO2还原；b、反应完全后，用碳酸氢钠调节溶液的pH值至3.5～5.5，获得VO2沉淀；c、将上述沉淀溶解在含有硫酸、水和乙醇的溶液中，加入其它添加剂，置于电解槽中电解，获得3价钒和4价钒各占总钒50％、总钒浓度1.0mol/L～4.2mol/L的钒电池用钒电解液。将该电解液装入储液罐，泵入钒电池电堆即可进行充、放电运行。进一步地，a步骤用硫酸调节溶液的pH值至0.8～1.5，b步骤碳酸氢钠调节pH值4～5。本专利技术使用钒厂的中间过程产品“合格钒溶液”，比使用V2O5更能简化生产工艺，降低成本。钒电解液的主体成分是硫酸钒盐、硫酸、水和乙醇。大量乙醇的加入，降低了溶液的粘度，提高了溶液的稳定性，提高了溶液的导电性能，大大提高了电池在低温环境下使用的性能。使用添加剂进一步提高了电解液的稳定性和导电性。-->下面通过具体实施例的方式对本专利技术作进一步详述，但不应理解为是对本专利技术的进一步限定，根据本专利技术的上述内容，做出其它多种形式的修改、替换或变更所实现的技术均属于本专利技术的范围。具体实施方式：实施例1称取2000克合格钒液(0.349mol/L)，加入浓硫酸至pH值为1.0，通入SO2反应，加入碳酸钠至pH值为4.5，过滤，沉淀溶解在硫酸、水中(硫酸60mL、水200mL)，得到300mL兰色的硫酸氧钒硫酸水溶液，测试：硫酸浓度2mol/L，钒的浓度为2mol/L。上述钒溶液置于电解池阴极；配制2mol/L硫酸、1.2mol/L Na2SO4溶液，置于电解池阳极；采用恒流方式电解，电流密度50mA/cm2；电解至钒电解液的电位值为200mV，对电解液进行电位滴定分析，4价钒浓度和3价钒浓度之比为1∶1。取电解制备的电解液各35mL于钒电池模型的正极和负极，进行充放电试验，这是硫酸+水体系的钒电解液。称取2000克合格钒液(0.349mol/L)，加入浓硫酸至pH值为1.0，通入SO2反应，加入碳酸钠至pH值为4.2，过滤，滤液返回合格钒液重复使用，沉淀溶解在硫酸、水和乙醇的溶液中(硫酸60mL、水80mL和乙醇120mL)，得到300mL兰色的硫酸氧钒硫酸乙醇溶液，测试：硫酸浓度2mol/L，钒的浓度为2mol/L。上述钒溶液置于电解池阴极；配制2mol/L硫酸、1.2mo l/L Na2SO4溶液，置于电解池阳极；采用恒流方式电解，电流密度50mA/cm2；电解至钒电解液的电位值为200mV，对电解液进行电位滴定分析，4价钒浓度和3价钒浓度之比为1∶1。取电解制备的电解液各35mL于钒电池模型的正极和负极，进行充放电试验，这是硫酸+乙醇(40％)体系不含添加剂的钒电解液。电解液(总钒浓度2mol/L)在不同温度下粘度和电导率对比实验结果见表1。电池电极采用石墨毡，集电极材料采用高密度石墨板，导电隔膜采用活化处理后的Nafion质子交换膜，聚氨酯板制作液流框板，阴极池100×100×5mm，阳极池100×100×5mm。电解液钒浓度2mol/L，硫酸浓度2mol/L。电池充、放电性能实验结果见表2。实施例2称取2000克合格钒液(0.349mol/L)，加入浓硫酸至pH值为1.0，通入SO2反应，加入碳酸钠至pH值为4.2，过滤，滤液返回合格钒液重复使用，沉淀溶解在硫酸、水和乙醇的溶液中(硫酸60mL、水80mL和乙醇120mL)，加入Na2SO4 6克、焦磷酸-->钠4克，得到300mL兰色本文档来自技高网...

【技术保护点】
全钒离子液流电池电解液，其特征在于：它是由硫酸钒盐、硫酸、水、乙醇和含量为０～５％ｗ／ｗ添加剂组成，所述添加剂为硫酸钠、焦磷酸钠、氟硅酸钠、双氧水中的一种或多种。

【技术特征摘要】
CN 2005-3-29 200510020611.31、全钒离子液流电池电解液，其特征在于：它是由硫酸钒盐、硫酸、水、乙醇和含量为0～5％w/w添加剂组成，所述添加剂为硫酸钠、焦磷酸钠、氟硅酸钠、双氧水中的一种或多种。2、根据权利要求1所述的全钒离子液流电池电解液，其特征在于：所述全钒离子液流电池电解液中总钒浓度为：1.0～4.2mol/L，硫酸浓度为：1.5～3.5mol/L，乙醇浓度为：15％～50％v/v，添加剂含量为0～5％w/w。3、根据权利要求2所述的全钒离子液流电池电解液，其特征在于：所述全钒离子液流电池电解液中总钒浓度为：1.5～3.0mol/L，硫酸浓度为：2.0～3.5mol/L，乙醇浓度为：20～40％v/v，添加剂含量为0％～5％w/w。4、制备权利要求1所述的全钒离子液流电池电解液的方法，其特征在于：它包括以下步骤：a、将总钒浓度为0...

【专利技术属性】
技术研发人员：李林德，张波，潘进，黄可龙，刘素琴，李晓刚，陈立泉，
申请(专利权)人：攀钢集团攀枝花钢铁研究院，中南大学，
类型：发明
国别省市：51[中国|四川]