一种钒液流电池用电解液的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钒液流电池用电解液的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：将高纯五氧化二钒溶于浓硫酸中进行活化，所得的(VO2)2SO4用去离子水溶解，得到阴极液；将所述阴极液倒入有隔膜的电解槽的阴极腔中，将硫酸水溶液倒入电解槽的阳极腔中，放入电极，进行电解还原，制得电解液；所述电解液包括二价、三价或四价钒离子；或者所述电解液包含二价和三价钒离子，或者包含三价和四价钒离子。本发明专利技术能够制得纯度较高的钒液流电池用电解液，具有工艺过程简单、反应设备简单、易操作、所需原料品种少、成本较低、能大规模工业化生产且对环境无污染等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于储能电池领域，更加具体地讲，涉及一种制备钒液流电池用电解液的方法。
技术介绍
钒液流电池主要采用全钒离子作为电解液，在电堆运行良好的情况下，钒电解液的多少和浓度大小，决定着电池容量的大小，并且电解液性能的好坏对电池性能有直接影响。因此，提出高效的钒液流电池用电解液制备方法具有重要意义。钒液流电池用电解液的制备方法主要分为化学法和电解法(或称电化学法)两种。化学法是指用钒的氧化物或化合物，在一定的硫酸溶液中通过加热和加入一定量还原剂的方法，生产出钒电池用的硫酸氧钒/硫酸混合电解液。化学法方法简单、反应速率快，能在还原剂的作用下迅速将五氧化二钒溶解于硫酸水溶液中，但存在的不足是，首先容易引入其他杂质，其次四价钒离子VO2+离子，进一步还原至三价、二价钒离子比较困难，可供选择的还原剂品种少且价格昂贵。目前，采用较多的是先通过化学还原剂，如二氧化硫、草酸、抗坏血酸等制备四价钒溶液，再结合电解还原法获得价态符合要求的钒电解液。现有技术中，主要采用以下三种方法一种方法是将五氧化二钒、三氧化二钒和浓硫酸按照计量化学比例混合，然后加热、搅拌。其中，所述计量化学比例按照化学方程式定为摩尔比1:1 : 4。化学方程式为V205+V203+4H2S04 = 4V0S04 +4H20。该方法适合工业制备，但是需要的药品同时有五氧化二钒和三氧化二钒，实验前期准备工作较为繁琐，制备三氧化二钒对操作者的安全技能要求较高，并且增加了三氧化二钒制备工序，提高了工艺成本。另一种方法是二氧化硫还原法制备硫酸氧钒，即将二氧化硫气体通入五氧化二钒的硫酸溶液中，搅拌、加热。该方法优点为反应速率快；缺点是实验反应器要求承受I 2个大气压，对装置密封性能要求高，且未反应的二氧化硫气体必须处理，需要增加有毒气体处理设备，提闻了实验装备成本。再一种方法是草酸或者酒石酸还原法，即将五氧化二钒溶于硫酸，经草酸或者酒石酸还原后，制备四价的硫酸氧钒溶液，但是过量的草酸或者酒石酸仍会存在于电解液中，会影响钒液流电池的石墨毡电极，不利于钒液流电池长期稳定运行。直接采用电解法制备钒液流电池用电解液存在的问题是由于五氧化二钒在稀硫酸中的溶解度非常小，电解法最大的困难是如何将五氧化二钒转化为五价钒的硫酸溶液。即如何将大量五氧化二钒溶于稀硫酸溶液中，以利于电解过程发生。
技术实现思路
针对现有技术在制备钒液流电池电解液时存在的问题，本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的问题。本专利技术提供了，所述电解液的制备方法包括以下步骤将五氧化二钒溶于浓硫酸中进行活化，所得的(VO2)#04用去离子水溶解，得到阴极液；将所述阴极液倒入有隔膜的电解槽的阴极腔中，将硫酸水溶液倒入电解槽的阳极腔中，放入电极，进行电解还原制得电解液；所述电解液包括二价、三价或四价钒离子；或者所述电解液包含二价和三价银离子，或者包含三价和四价银离子。根据本专利技术的钒液流电池用电解液的制备方法的一个实施例，浓硫酸中硫酸的质量浓度不小于70%。根据本专利技术的钒液流电池用电解液的制备方法的一个实施例，对所述活化的步骤进行加热。优选地，加热的温度低于200°C。根据本专利技术的钒液流电池用电解液的制备方法的一个实施例，当所述电解液中包含三价和四价钒离子时，所述电解液中三价钒离子与四价钒离子的摩尔比为1: 1，且所述三价f凡离子与所述四价f凡离子的总量为1. 5 2mol/L。根据本专利技术的钒液流电池用电解液的制备方法的一个实施例，所述电极为不对称电极，所述电极的阳极可以为钼电极，阴极可以为石墨电极。根据本专利技术的钒液流电池用电解液的制备方法的一个实施例，在所述电解还原步骤中，不断向阳极加入去离子水，以使阴极液面和阳极液面的液面差不超过2cm。根据本专利技术的钒液流电池用电解液的制备方法的一个实施例，在所述电解还原步骤中，电流大小可以为500mA 10A，并控制槽电压在1. 6 4. 5V之间。根据本专利技术的钒液 流电池用电解液的制备方法的一个实施例，所述五氧化二钒的纯度不小于99. 5%。本专利技术能够制得纯度较高的钒液流电池用电解液，与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括工艺过程简单、反应设备简单、易操作、所需原料少、成本较低、能大规模工业化生产且对环境无污染等。附图说明图1是本专利技术钒液流电池用电解液的制备方法的工艺流程图。图2是本专利技术制备电解液的电解槽阳极腔的示意图。图3是本专利技术制备电解液的电解槽阴极腔的示意图。附图标记说明1、2-挡板。具体实施例方式下面将参照附图和示例性实施例详细地描述根据本专利技术的钒液流电池用电解液的制备方法。钒液流电池电解液分为负极电解液和正极电解液。负极电解液中V2+和V3+共存，全钒浓度为2. Omol/L，还包括2 4mol/L游离硫酸；正极电解液中VO2+ = VO2+共存，全钒浓度为2. Omol/L，还包括2 4mol/L硫酸。当荷电状态为零时，钒电解液正负极电解液组成一样，其中，钒的存在形式为V3+ VO2+=I 1，且V3+与VO2+的总量为1.5 2mol/L。图1是本专利技术示例性实施例的钒液流电池用电解液的制备方法的工艺流程图。如图1所示，本专利技术示例性实施例的钒液流电池用电解液的制备方法包括以下步骤首先，将五氧化二钒溶于浓硫酸中进行活化，所涉及的化学反应方程式为V205+H2S04 = (VO2) 2S04+H20(I)其中，所述浓硫酸中硫酸的质量浓度不小于70%。优选地，所述浓硫酸中硫酸的质量浓度为98%。为了制得高纯度的电解液，五氧化二钒可以选择市售的高纯五氧化二钒(V2O5含量不少于99. 5% )，优选纯度为99. 9%的高纯五氧化二钒。另外，为了加快上述反应的速率，使活化反应更容易进行，可以进行加热活化，同时，为了防止因为温度过高而发生浓硫酸飞溅，将加热温度控制为低于200°C。所得的(VO2)2SO4在去离子水中溶解度非常大，所以用去离子水溶解后制得阴极液。如果五氧化二钒不进行活化，而直接溶于硫酸水溶液中，会导致①溶液中的五价钒离子VO2+浓度非常低，电解过程中VO2+离子扩散至电极表面的步骤会影响整个反应过程的速率，引起浓差极化，相同电流密度下，槽电压会增大；②五价钒离子浓度降低后，会导致阴极析氢加剧。所以，增加五氧化二钒活化预处理步骤，有利于电解过程的进行，增加电解效率，抑制阴极析氢副反应。图2是本专利技术制备电解液的电解槽阳极腔的示意图。图3是本专利技术制备电解液的电解槽阴极腔的示意图。如图2和图3所示，腔体上的挡板I和2为法兰板，将两腔的法兰板紧靠，在两块法兰板之间固定阳离子隔膜，并用螺栓紧固，组成电解槽。法兰板中部开小孔，以利于氢离子从阳极腔通过阳离子隔膜向阴极腔扩散迁移。将得到的阴极液倒入上述有隔膜的电解槽的阴极腔中，将硫酸水溶液倒入电解槽的阳极腔中，放入电极，接通外电路后开始进行电解还原，制得电解液。其中，阴极腔中发生的反应可能为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钒液流电池用电解液的制备方法，其特征在于，所述电解液的制备方法包括以下步骤：将五氧化二钒溶于浓硫酸中进行活化，所得的(VO2)25O4用去离子水溶解，得到阴极液；将所述阴极液倒入有隔膜的电解槽的阴极腔中，将硫酸水溶液倒入电解槽的阳极腔中，放入电极，进行电解还原制得电解液；所述电解液包括二价、三价或四价钒离子；或者所述电解液包含二价和三价钒离子，或者包含三价和四价钒离子。

【技术特征摘要】
1.一种钒液流电池用电解液的制备方法，其特征在于，所述电解液的制备方法包括以下步骤 将五氧化二钒溶于浓硫酸中进行活化，所得的(VO2)2504用去离子水溶解，得到阴极液； 将所述阴极液倒入有隔膜的电解槽的阴极腔中，将硫酸水溶液倒入电解槽的阳极腔中，放入电极，进行电解还原制得电解液； 所述电解液包括二价、三价或四价钥;离子；或者所述电解液包含二价和三价银离子，或者包含三价和四价钒离子。2.根据权利要求1所述的钒液流电池用电解液的制备方法，其特征在于，所述浓硫酸中硫酸的质量浓度不小于70%。3.根据权利要求1所述的钒液流电池用电解液的制备方法，其特征在于，对所述活化的步骤进行加热。4.根据权利要求3所述的钒液流电池用电解液的制备方法，其特征在于，所述加热的温度低于200°C。5.根据权利要求1所述的钒液流电池用电解液的制备方法，其特征在于，当所述电解液...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨林江，彭毅，彭穗，李道玉，毛凤娇，
申请(专利权)人：攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：