【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电化学，特别涉及一种稀土液流电池的电解液及其制备方法与应用。
技术介绍
1、环境保护的普遍关注促使太阳能、风能等可再生能源取代化石能源的步伐在加速。太阳能和风能随时间而变化的特性对电网的安全管理构成挑战。智能电网的发展需要一种可靠的储能装置来调节功率的输入输出，以达到最高的能量利用效率。在各种大规模能量储存方案中，抽水储能和压缩空气储能具有最好的成本效益，但是二者需要特殊的地理和地质要求。除此二者之外，液流电池以其响应速度快、可快速充放电和安全性能高等优点成为最具发展潜力的大规模储能装置之一。液流电池的活性物质溶解在电解液中；在泵的推动下，电解液循环流动于储液罐与电极室之间。这种结构特点使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，已有研究和开发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，不足之处在于单电池的标准电压偏小(约为1.26v)。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
1、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液流电池的
2、具体而言，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种稀土液流电池的电解液，包括：
4、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第一镧系金属元素，负极电解液的活性物质选自第二镧系金属元素；
5、正极电解液的第一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四价，发生放电电化学反应时，金属元素的化合价由四价变为三价；
6、负极电解液的第二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。
7、进一步的，第一镧系金属元素选自ce、pr、tb、dy中的至少一种；第二镧系金属元素选自sm、eu、tm、yb中的至少一种。
8、进一步的，正极电解液包括第一镧系金属元素、第一类酸，以及0-0.5wt％聚丙烯酰胺和/或0-0.5wt％聚丙烯酸；聚丙烯酰胺、聚丙烯酸是电解液的稳定剂，可向正极电解液中加入其中之一或两种。正极电解液中氢离子浓度为0.02-10m；正极电解液中所含的每种第一镧系金属元素的浓度均为0.02-6.0m；
9、负极电解液包括第二镧系金属元素、第二类酸、0-0.25m锌离子、0-2.0m nahso3、0-2.0m nahso4、0-2.0m na2s2o4；四种物质均具有增加溶液电导率的作用，另外锌离子可以抑制负极的析氢反应，nahso3、na2s2o4具有除去电解液溶解氧的作用，其加入浓度必须考虑电解液中的溶解氧浓度以及电极反应活性物质的浓度，并非常规选择；负极电解液中氢离子浓度为0.02-10m。
10、进一步的，正极电解液中还包含负极电解液的活性物质，正极电解液中的第二镧系金属元素处于+3价状态；和/或，负极电解液中还包含正极电解液的活性物质，负极电解液中的第一镧系金属元素处于+3价状态。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不参与电极反应，负极电解液中的正极活性物质也不会参与电极反应，它们只起物质平衡的作用，有助于电池容量的保持。
11、本专利技术还提供了一种正极电解液的制备方法，包括：
12、步骤s1、称取第一镧系金属的盐，以及可选的第二镧系金属的氧化物，并加入一定量的水中；
13、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，此时第一镧系金属的盐，以及可选的第二镧系金属的氧化物，将被酸充分溶解；
14、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。
15、步骤s3、向步骤s2得到的溶液加入余量的水定容。
16、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。
17、同时，本专利技术在制备正极电解液时，也可选择如下方式：
18、步骤s1、称取第一镧系金属的盐，以及可选的第二镧系金属的氧化物，溶于化学反应计量比的第一类酸中，充分搅拌；
19、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；
20、步骤s3、加入水定容。
21、进一步的，第一镧系金属的盐优选为碳酸盐；第一类酸选自硝酸、甲基磺酸、三氟甲基磺酸、三氟乙酸中的至少一种。
22、本专利技术还提供了一种负极电解液的制备方法，包括：
23、步骤s1’、称取第二镧系金属的氧化物，以及可选的第一镧系金属的盐，并加入一定量的水中；
24、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，此时第二镧系金属的氧化物，以及可选的第一镧系金属的盐，将被酸充分溶解；
25、可选的，加入第二类酸之后还进一步加入锌盐、nahso3、nahso4和na2s2o4；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。
26、步骤s3’、向步骤s2’得到的溶液加入余量的水定容。
27、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。
28、同时，本专利技术在制备负极电解液时，也可选择如下方式：
29、步骤s1’、称取第二镧系金属的氧化物，以及可选的第一镧系金属的盐，溶于化学反应计量比的第二类酸中，充分搅拌；
30、步骤s2’、再次加入一定量的第二类酸；
31、可选的，加入锌盐混合均匀，再加入nahso3、nahso4、na2s2o4混合均匀；
32、步骤s3’、加入水定容。
33、进一步的，第一镧系金属的盐优选为碳酸盐；第二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，这是因为负极电解液所承受的电极电位与正极电解液是不同的，部分酸，例如盐酸在负极是稳定的但在正极是不稳定的；锌盐优选为氯化锌。
34、本专利技术还提供了一种稀土液流电池，包括：负本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种稀土液流电池的电解液，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，第一镧系金属元素选自Ce、Pr、Tb、Dy中的至少一种；第二镧系金属元素选自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，正极电解液包括第一镧系金属元素、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；正极电解液中所含的每种第一镧系金属元素的浓度均为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第二镧系金属元素，每种第二镧系金属元素浓度为0.02-6.0M；和/或，负极电解液中还包含第一镧系金属元素，每种第一镧系金属元素浓度为0.02-6.0M。
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：
6.根据权利要求1-4任一项所述负极电解液的制备方法，其特征在于，包括：
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，第一镧系金属的盐优选碳酸盐；锌盐优选氯化锌
8.一种稀土液流电池，其特征在于，包括：负极、负极电解液、正极、正极电解液和离子交换膜；
9.根据权利要求8所述的电池，其特征在于，正极电解液置于正极罐中，正极室通过第一电解液导管与正极罐、第一泵连成回路，正极电解液在该回路中循环流动；
10.根据权利要求8-9任一项所述的电池在储能领域的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种稀土液流电池的电解液，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，第一镧系金属元素选自ce、pr、tb、dy中的至少一种；第二镧系金属元素选自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，正极电解液包括第一镧系金属元素、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；正极电解液中所含的每种第一镧系金属元素的浓度均为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第二镧系金属元素，每种第二镧系金属元素浓度为0.02-6.0m；和/或，负极电解液中还包含第一镧系金属元素，每种第一镧系金属元素浓度为0.02-6.0m。
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【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：宜春江理锂电新能源产业研究院，
类型：发明
国别省市：
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