一种高稳定性的钒离子电解液制造技术

本发明专利技术公开了一种高稳定性的钒离子电解液，包括硫酸钒盐、硫酸、水和添加剂，添加剂包括碱金属盐、含羟基物质和表面活性剂中的至少一种，碱金属盐包含硫酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钠、焦磷酸、焦磷酸钾、焦磷酸钠，含羟基物质包含：乙醇、丙三醇、聚乙二醇、乙酸、草酸、磷酸、硫酸，表面活性剂包含：十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基二甲基甜菜碱；向钒离子电解液中加入新型添加剂组合，利用添加剂成分之间的协同作用，有效抑制V(

【技术实现步骤摘要】
一种高稳定性的钒离子电解液


[0001]本专利技术涉及一种高稳定性的钒离子电解液，属于液流电池的制造领域。

技术介绍

[0002]全钒离子液流电池(简称钒电池)是一种以钒离子溶液为活性物质和电解液的液流电池。钒电池具有可深度大电流充放电、能量转化率高和循环寿命长等优点，可制备兆瓦级电池组，应用于大功率长时间蓄供电领域，因而得到广泛重视。钒离子电解液是整个电池的核心，其性质，如粘度、电导率和稳定性等，对钒电池的性能具有很大影响。
[0003]一般的，钒离子电解液可分为正极电解液和负极电解液，其中正极电解液由VO
2+
(V(
Ⅴ
))和VO
2+
(V(Ⅳ))组成，负极电解液由V
3+
(V(Ⅲ))和V
2+
(V(Ⅱ))构成。在钒电池充放电过程中，电解液中钒离子的价态变化如下：
[0004]正极：
[0005]负极：
[0006]钒电池充电后，负极电解液中的V(Ⅱ)和正极电解液中的V(
Ⅴ
)含量升高。V(Ⅱ)和V(
Ⅴ
)在电解液中不稳定，在敞开系统中V(Ⅱ)极易被氧化成V(Ⅲ)；V(
Ⅴ
)在高于室温条件下会生成橙色V2O5沉淀，随温度升高，其沉淀速度加快。钒离子电解液的这些不稳定现象，会造成电解液中活性物质含量下降，从而使电池容量发生衰减，充放电效率降低，循环寿命缩短，同时，电解液中析出的沉淀还会影响电解液的粘度和电导率等性质，严重影响钒电池的性能。r/>[0007]人们已提出了一些方法来提高钒离子电解液的稳定性。专利CN1598063A公开了一种在硫酸氧钒溶液中加入Na2SO4、乳化剂OP等添加剂的方法来提高其稳定性。但乳化剂OP在强氧化条件下容易被氧化而失去作用；同时，由于同离子效应，Na2SO4过量加入后，会促进VSO4析出，从而降低其稳定性。专利CN1507103公开了一种向钒电解液中添加醇类、有机酸、盐或高分子化合物等稳定剂的方法，可使V(Ⅱ)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。然而，这一方法目的仅是防止V(Ⅱ)高浓度时的沉淀或析出，而对电池的充放电性能和V(Ⅱ)的氧化却没有涉及。专利CN1719655A公开了一种以硫酸、水和乙醇作为支持电解液，并向电解液中添加硫酸钠、焦磷酸钠、氟硅酸钠或双氧水作等稳定剂的方法，来提高电解液稳定性。分析可知，虽然乙醇可降低溶液粘度，提高溶液的稳定性和导电能力，但在充放电过程中，乙醇容易被高价态钒氧化，使电池的效率降低，因而此方法有待进一步改进。
[0008]综上所述，钒离子电解液中V(
Ⅴ
)的沉淀和V(Ⅱ)的氧化等不稳定现象，严重影响钒电池的性能，制约其发展和应用，但是已有的提高钒离子电解液稳定性的方法均存在一些局限性，不能满足要求。因此，迫切需要新的电解液配方体系，提高电解液的稳定性，增强
钒电池的使用性能。

技术实现思路

[0009]本专利技术提供一种高稳定性的钒离子电解液用来克服现有技术中钒离子电解液中V(
Ⅴ
)的沉淀和V(Ⅱ)的氧化等不稳定现象，严重影响钒电池的性能，制约其发展和应用的缺陷。
[0010]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下的技术方案：
[0011]本专利技术公开了一种高稳定性的钒离子电解液，包括硫酸钒盐、硫酸、水和添加剂，所述添加剂包括碱金属盐、含羟基物质和表面活性剂中的至少一种。
[0012]所述碱金属盐包含硫酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、焦磷酸、焦磷酸钾、焦磷酸钠、酸式焦磷酸钠、三聚磷酸钾、三聚磷酸钠、偏磷酸钠、三偏磷酸钠、六偏磷酸钠、六偏磷酸钾；
[0013]含羟基物质包含：乙醇、丙三醇、聚乙二醇、乙酸、草酸、磷酸、硫酸；
[0014]表面活性剂包含：十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基二甲基甜菜碱。
[0015]进一步的，所述添加剂在钒离子电解液中的含量为0～1molL
‑1。
[0016]进一步的，所述添加剂在正极电解液和负极电解液中均含有。
[0017]进一步的，所述添加剂使钒离子电解液保持液态或形成微乳液状态，且能防止钒离子的沉淀或析出。
[0018]进一步的，所述钒离子电解液中总钒浓度为1～2.5molL
‑1，硫酸浓度为2～3.5molL
‑1。
[0019]本专利技术所达到的有益效果是：向钒离子电解液中加入新型添加剂组合，利用添加剂成分之间的协同作用，有效抑制V(
Ⅴ
)的沉淀和V(Ⅱ)的氧化，大大提高了电解液的稳定性，得到的钒离子电解液用于钒电池，可以有效提高钒电池的充放电性能和循环稳定性。
具体实施方式
[0020]以下对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0021]一种高稳定性的钒离子电解液，包括硫酸钒盐、硫酸、水和添加剂，所述添加剂包括碱金属盐、含羟基物质和表面活性剂中的至少一种。
[0022]所述碱金属盐包含硫酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、焦磷酸、焦磷酸钾、焦磷酸钠、酸式焦磷酸钠、三聚磷酸钾、三聚磷酸钠、偏磷酸钠、三偏磷酸钠、六偏磷酸钠、六偏磷酸钾；
[0023]含羟基物质包含：乙醇、丙三醇、聚乙二醇、乙酸、草酸、磷酸、硫酸；
[0024]表面活性剂包含：十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基二甲基甜菜碱。
[0025]所述添加剂在钒离子电解液中的含量为0～1molL
‑1。
[0026]所述添加剂在正极电解液和负极电解液中均含有。
[0027]所述钒离子电解液中总钒浓度为1～2.5molL
‑1，硫酸浓度为2～3.5molL
‑1。
[0028]所述添加剂使钒离子电解液保持液态或形成微乳液状态，且能防止钒离子的沉淀或析出。
[0029]采用小型模拟钒电池在0、25和45℃不同温度下的充放电实验来测试电解液的性能。电池电极采用石墨毡，集电材料采用石墨板，导电隔膜采用活化处理后的Nafion质子膜，聚乙烯板制作液流框板，电极面积30mm
×
35mm。正、负极储液罐中的电解液通过泵进入电池的正、负极室。充放电电流密度为80mAcm
‑2，充电截止电压为1.7V，放电截止电压为1.0V。
[0030]对比例
[0031]取总钒浓度为1.4molL
‑1，硫酸浓度为2.8molL
‑1的V(IV)：V(III)＝1：1的空白(不含添加剂)钒离子电解液各40mL，分别置于模拟钒电池的正、负极储液罐中，进行充放电实验，实验结果见表。
[0032]实施例1
[0033]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高稳定性的钒离子电解液，其特征在于，包括硫酸钒盐、硫酸、水和添加剂，所述添加剂包括碱金属盐、含羟基物质和表面活性剂中的至少一种。所述碱金属盐包含硫酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、焦磷酸、焦磷酸钾、焦磷酸钠、酸式焦磷酸钠、三聚磷酸钾、三聚磷酸钠、偏磷酸钠、三偏磷酸钠、六偏磷酸钠、六偏磷酸钾；含羟基物质包含：乙醇、丙三醇、聚乙二醇、乙酸、草酸、磷酸、硫酸；表面活性剂包含：十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基二甲基甜菜碱。2.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：周汉涛，蔡忠伟，袁雨禾，刘春明，顾金鑫，
申请(专利权)人：南京涛博能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：