一种降低钒电池容量衰减的方法技术

本发明专利技术涉及一种降低钒电池容量衰减的方法。其技术方案是：将硫酸、硫酸氧钒和去离子水混合，得电解液I；取两份同体积电解液I分别置于电解槽正极室和负极室；在电流为1～3A条件下恒流电解至正极室、负极室的电解液钒价态均为3.5价，得到电解液II和电解液III；按电解液II中的钒离子∶复合增渗溶质的摩尔比为(10～30)∶1，向电解液II中加入复合增渗溶质，搅拌，得到电解液IV；将电解液III和电解液IV放入对应的正极电解液储液罐和负极电解液储液罐并分别与钒电池电堆的正极端和负极端对应连接，钒电池在电压为0.65～1.65V和电流密度为40～120mA/cm2下运行。本发明专利技术成本低和工艺简单，能显著降低钒电池容量衰减和提升钒电池的电池效率。效率。

【技术实现步骤摘要】
一种降低钒电池容量衰减的方法


[0001]本专利技术属于全钒液流电池
具体涉及一种降低钒电池容量衰减的方法。

技术介绍

[0002]全钒液流电池的核心材料主要是电解液、离子交换膜和电极。电解液分为以V(V)和V(IV)作为活性物质的正极电解液和以V(III)和V(II)作为活性物质的负极电解液。离子交换膜负责隔绝两侧电解液防止电解液交叉污染，同时保证H
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通过使电解液维持电中性。电极是进行电化学反应的场所，转移电子形成电流从而实现电能与化学能之间的转换。钒离子的跨膜渗透以及电解液与电极的界面反应活性较差造成的活性物质利用率低会使两侧电解液价态与浓度失衡，进而导致钒电池容量衰减，循环寿命降低。
[0003]钒电池容量损失至一定程度时，多采用将失衡正负电解液重新混合来恢复容量但维护成本较高。“一种全钒液流电池容量恢复方法”(CN106876814A)专利技术，在充放电任意过程中向正极电解液中加入硫酸亚铁铵，将累积的五价钒还原为四价钒以恢复容量；“一种恢复全钒液流电池容量的方法”(CN105702995A)专利技术，将氧化性气体通入长期运行后的负极电解液中，将负极过量的二价钒氧化为三价钒以恢复电池容量。以上两项专利技术通过平衡电解液的钒价态虽能恢复部分容量，但工艺复杂，循环过程中的容量衰减没有得到改善。
[0004]“一种全钒液流电池负极电解液及其降低负极钒离子迁移的方法”(CN11313071A)专利技术，向负极电解液加入草酸等络合剂，络合剂与钒离子结合使其离子半径变大，降低了负极电解液中钒离子的跨膜渗透提高了电池性能；“一种减小钒电池容量衰减的方法(CN104900898A)专利技术，在电解液渗透压降低侧负极电解液中加入正渗透驱动液添加剂，抑制了钒离子由负极向正极的跨膜交叉。以上两项专利技术通过降低负极电解液钒离子的跨膜渗透虽减缓了容量衰减，但负极电解液的电化学性能未得到改善，电池效率变差。
[0005]“一种全钒离子氧化还原液流电池电解液的制备方法”(CN102637892A)专利技术，在正负极电解液中加入糖类有机物使提升电池容量和效率，但过多的糖类有机物会增加电解液粘度使其电化学性能变差，对钒电池效率有不利影响。
[0006]“钒电池及其负极电解液以及提高其电化学活性的方法”(CN106299437A)专利技术，通过向钒电池负极电解液中加入Sn的磷酸盐，提高了负极电解液的电化学活性从而使电池容量提升。电解质与电极之间的界面活性得到了提升，但所需添加剂价格昂贵，且钒离子的跨膜渗透造成的容量衰减未得到改善。

技术实现思路

[0007]本专利技术旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种成本低和工艺简单的降低钒电池容量衰减的方法。该方法能降低钒电池容量衰减和能提升钒电池的电池效率。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案的具体步骤如下：
[0009]步骤一、按硫酸∶硫酸氧钒的摩尔比为(2～5)∶1，将所述硫酸和所述硫酸氧钒混
合，得到混合物。
[0010]所述硫酸氧钒的纯度≥98％。
[0011]步骤二、按照硫酸氧钒与去离子水的固液比为(0.20～0.85)∶1Kg/L，向所述混合物中加入去离子水，在45～75℃条件下搅拌3～5h，得到电解液I。
[0012]步骤三、取两份相同体积的所述电解液I，分别置于电解槽正极室和负极室；接通电源，在电流为1～3A的条件下，恒流电解至正极室的电解液钒价态为3.5价和负极室的电解液钒价态为3.5价，得到对应的电解液II和电解液III。
[0013]步骤四、按所述电解液II中的钒离子∶复合增渗溶质的摩尔比为(10～30)∶1，向所述电解液II中加入所述复合增渗溶质，混合，常温条件下搅拌0.5～1h，得到电解液IV。
[0014]所述复合增渗溶质由酸溶性糖类物质和金属络合剂混合组成，其中：酸溶性糖类物质∶金属络合剂的摩尔比为(0.1～5)∶1。
[0015]步骤五、将所述电解液III放入正极电解液储液罐、将所述电解液IV放入负极电解液储液罐，正极电解液储液罐和负极电解液储液罐分别与钒电池电堆的正极端和负极端对应连接，在电池电压为0.65～1.65V和电流密度为40～120mA/cm2的条件下运行。
[0016]所述酸溶性糖类物质为葡萄糖、木糖、蔗糖、乳糖、甘露三糖和龙胆三糖中的一种以上。
[0017]所述金属络合剂为羟基乙酸、氨基三乙酸、柠檬酸铵和乙二胺四乙酸中的一种以上。
[0018]由于采用上述技术方案，本专利技术与现有技术相比具有如下积极效果：
[0019]1、本专利技术选择酸溶性糖类物质和金属络合剂作为复合增渗溶质，原料简单易得，且工艺操作简单，少量复合增渗溶质加入到负极电解液中，为负极电解液增加了附加的渗透压，相对抑制了充放电循环过程中钒离子由负极电解液向正极电解液的跨膜渗透，显著降低钒电池容量衰减。
[0020]2、本专利技术加入到钒电池负极电解液中的复合增渗溶质自身携带的有益官能团能够附着在电极表面，促进充放电过程发生的氧化还原反应，能有效地改善负极电解液的电化学性能，提升钒电池的电池效率。
[0021]对本专利技术在负极电解液中加入复合增渗溶质的钒电池经30个循环测试：容量保持率为48.42～64％，库伦效率为93.9～96.20％，能量效率为79.10～81.15％；对与本专利技术相同条件下在负极电解液中未加入复合增渗溶质的钒电池经30个循环测试：容量保持率为30.23～38.99％，库伦效率为93.45～94.25％，能量效率为78.3～78.77％。
[0022]因此，本专利技术的成本低和工艺简单，能显著降低钒电池容量衰减和能提升钒电池的电池效率。
具体实施方式
[0023]下面结合具体实施方式对本专利技术做进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
[0024]一种降低钒电池容量衰减的方法。所述方法的具体步骤如下：
[0025]步骤一、按硫酸∶硫酸氧钒的摩尔比为(2～5)∶1，将所述硫酸和所述硫酸氧钒混合，得到混合物。
[0026]步骤二、按照硫酸氧钒与去离子水的固液比为(0.20～0.85)∶1Kg/L，向所述混合
物中加入去离子水，在45～75℃条件下搅拌3～5h，得到电解液I。
[0027]步骤三、取两份相同体积的所述电解液I，分别置于电解槽正极室和负极室；接通电源，在电流为1～3A的条件下，恒流电解至正极室的电解液钒价态为3.5价和负极室的电解液钒价态为3.5价，得到对应的电解液II和电解液III。
[0028]步骤四、按所述电解液II中的钒离子∶复合增渗溶质的摩尔比为(10～30)∶1，向所述电解液II中加入所述复合增渗溶质，混合，常温条件下搅拌0.5～1h，得到电解液IV。
[0029]所述复合增渗溶质由酸溶性糖类物质和金属络合剂混合组成，其中：酸溶性糖类物质∶金属络合剂的摩尔比为(0.1～5)∶1。
[0030]步骤五、将所述电解液III放本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降低钒电池容量衰减的方法，其特征在于所述方法的具体步骤：步骤一、按硫酸∶硫酸氧钒的摩尔比为(2～5)∶1，将所述硫酸和所述硫酸氧钒混合，得到混合物；所述硫酸氧钒的纯度≥98％；步骤二、按照硫酸氧钒与去离子水的固液比为(0.20～0.85)∶1Kg/L，向所述混合物中加入去离子水，在45～75℃条件下搅拌3～5h，得到电解液I；步骤三、取两份相同体积的所述电解液I，分别置于电解槽正极室和负极室；接通电源，在电流为1～3A的条件下，恒流电解至正极室的电解液钒价态为3.5价和负极室的电解液钒价态为3.5价，得到对应的电解液II和电解液III；步骤四、按所述电解液II中的钒离子∶复合增渗溶质的摩尔比为(10～30)∶1，向所述电解液II中加入所述复合增渗溶质，混合，常温条件...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘涛，陈黎明，张一敏，刘红，薛楠楠，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：