一种稀土-铁液流电池的电解液及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供一种稀土

【技术实现步骤摘要】
一种稀土
‑
铁液流电池的电解液及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及电化学
，特别涉及一种稀土
‑
铁液流电池的电解液及其制备方法与应用
。

技术介绍

[0002]新能源的利用需要可大规模储存能量的技术与之配套
。
液流电池的功率与容量相互独立，可以显著地提高系统设计的灵活性，有利于满足客户不同的需求
。
目前，已有的液流电池类型包括全钒
、
多硫化钠
/
溴
、
锌溴和锌铈等电池体系
。
全钒液流电池因使用单一元素作为储能物质，可以避免正
、
负极电解液交叉混合引起的容量损失问题，不足之处在于钒资源有限且具有毒性
。
多硫化钠
/
溴
、
锌溴电池体系所使用的储能物质廉价易得，不足之处在于溴的腐蚀性强，易引起环境安全方面的担忧
。
锌铈液流电池具有单电池电压大
(
约为
2.50V)
，不足之处在于强酸性环境下负极锌的有效沉积面临严重的挑战
。
随着可再生能源的不断开发利用，液流电池将迎来一个快速发展的时期
。

技术实现思路

[0003]为克服现有技术中液流电池的问题，并拓宽稀土资源的利用范围，本专利技术提出一种稀土
‑
铁液流电池的正负极电解液，及应用该电解液制备得到的循环寿命长
、
>绿色环保
、
能量密度高和成本低的稀土
‑
铁液流电池
。
[0004]具体而言，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]一种稀土液流电池的电解液，包括：
[0006]由正极电解液和负极电解液组成，正极电解液的活性物质选自铁，负极电解液的活性物质选自镧系金属元素；
[0007]正极电解液的铁元素发生充电电化学反应时，铁元素的化合价由二价变为三价，发生放电电化学反应时，铁元素的化合价由三价变为二价；
[0008]负极电解液的镧系金属元素发生充电电化学反应时，金属元素的化合价由三价变为二价，发生放电电化学反应时，金属元素的化合价由二价变为三价
。
[0009]进一步的，镧系金属元素选自
Sm、Eu、Tm、Yb
中的至少一种
。
[0010]进一步的，正极电解液包括
0.02
‑
6.0M
铁离子
、
第一类酸以及0‑
0.5wt
％聚丙烯酰胺和
/
或0‑
0.5wt
％聚丙烯酸；正极电解液中氢离子浓度为
0.02
‑
10M
；
[0011]负极电解液包括镧系金属元素
、
第二类酸
、0
‑
0.25M
锌离子
、0
‑
0.2M NaHSO3、0
‑
0.2M NaHSO4、0
‑
0.2M Na2S2O4；锌离子
、NaHSO3、NaHSO4、Na2S2O4等具有提高电导率和除氧的作用；负极电解液中氢离子浓度为
0.02
‑
10M
；负极电解液中所含的每种镧系金属元素的浓度均为
0.02
‑
6.0M。
[0012]进一步的，正极电解液中还包含
+3
价的镧系金属元素；和
/
或，负极电解液中还包含亚铁离子
。
通过在正极电解液中包含负极电解液活性物质或负极电解液中包含正极电解液活性物质，可以维持电池容量的恒定
。
正极电解液中的负极活性物质以及负极电解液中
的正极活性物质不参与电极反应只起电池物料平衡的作用
。
[0013]本专利技术还提供了一种正极电解液的制备方法，包括：
[0014]步骤
S1、
称取氧化铁，以及可选的镧系金属的氧化物，并加入一定量的水中；
[0015]步骤
S2、
向步骤
S1
得到的溶液中加入第一类酸，并充分搅拌；本领域技术人员可以理解的，此时氧化铁，以及可选的镧系金属的氧化物，将被酸充分溶解；
[0016]可选的，加入第一类酸之后还进一步加入聚丙烯酰胺和
/
或聚丙烯酸；本领域技术人员可以理解的是，聚丙烯酰胺和
/
或聚丙烯酸是根据实际需要选择是否加入的
。
[0017]步骤
S3、
向步骤
S2
得到的溶液加入余量的水定容
。
[0018]本领域技术人员可以理解的是，步骤
S1
‑
S3
中，每一步加入制备电解液的原料物质时，均可有搅拌步骤，以使原料混合更均匀
。
[0019]同时，本专利技术在制备正极电解液时，也可选择如下方式：
[0020]步骤
S1、
称取氧化铁，以及可选的镧系金属的氧化物，溶于化学反应计量比的第一类酸中，充分搅拌；
[0021]步骤
S2、
再次加入一定量的第一类酸；可选的，之后还加入聚丙烯酰胺和
/
或聚丙烯酸；
[0022]步骤
S3、
加入水定容
。
[0023]进一步的，第一类酸选自盐酸或硫酸或甲基磺酸或三氟甲基磺酸或乙酸或三氟乙酸中的至少一种
。
[0024]本专利技术还提供了一种负极电解液的制备方法，包括：
[0025]步骤
S1
’
、
称取镧系金属的氧化物，以及可选的铁，并加入一定量的水中；
[0026]步骤
S2
’
、
向步骤
S1
得到的溶液中加入第二类酸，并充分搅拌；本领域技术人员可以理解的，此时镧系金属的氧化物，以及可选的金属铁，将被酸充分溶解；
[0027]可选的，加入第二类酸之后还进一步加入锌盐
、NaHSO3、NaHSO4和
Na2S2O4中的至少一种；本领域技术人员可以理解的是，锌盐
、NaHSO3、NaHSO4、Na2S2O4是根据实际需要选择是否加入的
。
[0028]步骤
S3
’
、
向步骤
S2
’
得到的溶液加入余量的水定容
。
[0029]本领域技术人员可以理解的是，步骤
S1
’‑
S3
’
中，每一步加入制备电解液的原料物质时，均可有搅拌步骤，以使原料混合更均匀
。
[0030]同时，本专利技术在制备负极电解液时，也可选择如下方式：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种稀土
‑
铁液流电池的电解液，其特征在于，包括：正极电解液和负极电解液，正极电解液的活性物质选自铁，负极电解液的活性物质选自镧系金属；正极电解液的铁元素发生充电电化学反应时，铁元素的化合价由二价变为三价，发生放电电化学反应时，铁元素的化合价由三价变为二价；负极电解液的镧系金属发生充电电化学反应时，镧系金属的化合价由三价变为二价，发生放电电化学反应时，镧系金属的化合价由二价变为三价
。2.
根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，镧系金属选自
Sm、Eu、Tm、Yb
中的至少一种
。3.
根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，正极电解液包括
0.02
‑
6.0M
铁离子
、
第一类酸以及0‑
0.5wt
％聚丙烯酰胺和
/
或0‑
0.5wt
％聚丙烯酸；正极电解液中氢离子浓度为
0.02
‑
10M
；负极电解液包括镧系金属
、
第二类酸
、0
‑
0.25M
锌离子
、0
‑
0.2M NaHSO3、0
‑
0.2M NaHSO4、0
‑
0.2M Na2S2O4；负极电解液中氢离子浓度为
0.02
‑
10M
；负极电解液中所含的每种镧系金属的浓度均为
0.02
‑
6.0M。4.
根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，正极电解液中还包含镧系金属，每种镧系金属浓度为
0.02
‑
6.0M
；和
/
或，负极电解液中还包含
0.02
‑
6.0M
铁离子
。5.
根据权利要求1‑4任一项所述正极电解液的制备方法，其特征在于，包括：步骤
S1、
称取氧化铁，以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢志鹏，辛梅清，毛天勇，曾德亮，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：