[發(fā)明專利]全釩液流電池的電解液檢測方法和檢測裝置

有效

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• 申請日: 2011-10-25
• 公開（公告）號: CN102507472A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設計）人: 劉樂;武增華;席靖宇;邱新平
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 江耀純

技術領域

本發(fā)明屬于材料測量技術領域，特別是涉及一種基于光學吸收的全釩液流電池的電解液檢測方法和檢測裝置。

背景技術

液流電池具有設計功率大、使用壽命長、無污染的特點，是大型儲能系統(tǒng)的重要選擇。其中，全釩氧化還原液流電池（Vanadium?Redox?Flow?battery,?簡稱VRB或?釩電池）是目前國內外關注最多的一種液流電池（J.?Electrochem.?Soc.?1986,?133:1057）。

釩電池中，正負極中的工作物質都是含有釩離子的電解液。充電過程中，正極的+4價釩離子轉變?yōu)?5價釩離子，負極中的+3價釩離子轉變?yōu)?2價釩離子。放電過程反之。釩電池中正負極電解液由一種特殊的質子滲透膜隔開。理想的質子滲透膜只讓質子通過，而阻擋釩離子通過。理想情況下，全釩液流電池的正負極電解液的釩離子濃度保持不變，正負極電解液的價態(tài)改變量相同。

但是實際情況中：

（1）由于部分+2價釩離子被氧化和正負極電解液中副反應的存在，釩電池正負極電解液的價態(tài)改變并不完全相同，即電解液價態(tài)存在失衡。

（2）釩電池中使用的離子交換膜并不能完全杜絕釩離子的滲透，且不同滲透壓會產生正負極電解液的體積變化。這都會導致正負極電解液的濃度改變，即電解液濃度存在失衡。

由于以上原因，釩電池在實際使用中，電解液的濃度和價態(tài)的失衡會隨著充放電次數增多而變得嚴重，降低釩電池的充放電容量，嚴重影響釩電池的實際使用壽命。為了解決這一問題，需要能夠即時檢測釩電池電解液中各種價態(tài)的釩離子濃度的方法，掌握失衡程度，從而能夠在釩電池狀態(tài)不理想時對系統(tǒng)進行調整。

現有的釩電池電解液的價態(tài)和濃度的檢測方法主要有開路電壓法、電位滴定法、色譜法和分光光度計法。開路電壓法能夠測量平衡狀態(tài)下釩電池的充放電狀態(tài)，間接計算出電解液濃度，但是對失衡狀態(tài)下的釩電池無能為力。電位滴定法和色譜法雖然能夠測量出電解液中各價態(tài)釩離子濃度，但是其步驟較復雜，測量速度較慢，并不適合對釩電池電解液的實時在線檢測。分光光度計法是快速測量離子濃度的很好選擇，目前已經成功應用在鐵鉻液流電池中（一種使用Fe和Cr離子的氧化還原液流電池，中國發(fā)明專利200880004746.2，美國專利US?7855005）。但是，釩電池的電解液中釩離子濃度過高（一般達到2mol/L），吸收系數太大，而且不同價態(tài)的釩離子之間存在干擾，單一波長的吸收系數并不同離子濃度成線性關系。因此傳統(tǒng)的基于單個波長吸收系數的分光光度計法，只能有局限地測量部分釩電池負極電解液濃度，而無法測量正極電解液（Journal?of?Power?Sources?2011,?196:?8822–8827，WO9003666）。???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

發(fā)明內容

為克服現有方案在釩電池的電解液濃度在線檢測上的缺陷，本發(fā)明提出了一種新型的基于光學吸收測量各價釩離子濃度的檢測方法及檢測裝置。

一種全釩液流電池的電解液檢測方法，包括以下步驟：

（1）在設定的連續(xù)或離散的光波段照射下，測量多組已知配置參數的電解液樣品的吸收或透射光譜，記錄各組吸收或透射光譜，建立標準光譜數據庫；

（2）在所述光波段內，測量待測電解液的吸收或透射光譜；

（3）將步驟（2）中測量的光譜同步驟（1）中測量的光譜進行比較分析，從標準光譜數據庫找出與步驟（2）中測量的光譜最相近的光譜；

（4）將最相近的光譜對應的配置參數確定為步驟（2）中待測電解液的檢測參數。

優(yōu)選地,所述配置參數包括電解液中釩離子總濃度和/或各價釩離子比例/濃度，優(yōu)選還包括電解液的酸度。

優(yōu)選地,步驟（1）和步驟（2）中是針對在光傳播路徑上具有同樣長度的電解液進行測量。

優(yōu)選地,所述光波段是連續(xù)的，步驟（3）中所述比較分析包括根據吸收或透射光譜的曲線形狀來判斷是否相近；或者，所述光波段是離散的，步驟（3）中所述比較分析包括對比測量到的光譜的離散光譜數據來判斷是否相近。