[發明專利]以氨基磺酸為溶劑的電解液及應用該電解液的氧化還原電池

無效

• 申請號: 201110355002.9
• 申請日: 2011-11-11
• 公開（公告）號: CN102427143A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 周德璧;熊鳳嬌;唐超;謝志鵬
• 申請（專利權）人: 周德璧
• 主分類號: H01M8/18
• 分類號: H01M8/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及電化學領域，具體涉及一種用于以鈰離子Ce(III)/Ce(IV)或者以釩離子V(IV)/V(V)為正極，以Zn(II)/Zn或者以V(II)/V(III)為負極活性物質的氧化還原電池，上述正極和負極電解液以氨基磺酸為溶劑。

背景技術

在當今能源領域，開發利用太陽能、風能等可再生能源越來越受到人們的關注，為了實現供電的穩定性，需要開發大規模儲能技術。二次電池是重要的儲能技術，其中氧化還原液流電池包括鋅溴電池、多硫化鈉/溴電池、釩電池等，由于具有壽命長，成本低，容量大等特殊優勢得到研究開發，并逐步投向市場。

鈰是一種豐富的稀土元素。鈰在酸性溶液中通常以Ce(III)和Ce(IV)存在。Ce(III)/Ce(IV)氧化還原電對具有很高的標準電極電位(1.61V)，遠高于目前國內外正在開發的幾種電池的正極的電位。Ce(III)/Ce(IV)電對作為正極活性物質，可以與鋅或其他負極活性物質組裝成高能量密度的氧化還原電池。迄今已對含鈰離子的電解液做了研究，包括幾種無機酸和有機酸，如硫酸、硝酸、鹽酸、甲基磺酸等。鈰在上述幾種無機酸中存在溶解度較低等各種缺點，以甲基磺酸為溶劑的鋅鈰氧化還原電池得到開發。但是甲基磺酸價格較高，同時腐蝕性較強，對電池材料要求較高。

釩是一種過渡金屬元素。在酸性溶液中，釩以五價釩即V(V)、四價釩即V(IV)、三價釩即V(III)、以及二價釩即V(II)等四種價態存在。V(V)與V(IV)構成氧化還原對V(V)/V(IV)，其氧化還原電位為1.004伏；V(III)與V(II)構成氧化還原對V(II)/V(III)，其氧化還原電位為-0.255伏。主要含V(V)、V(IV)的電解液可以作為電池的正極電解液，主要含V(II)和V(III)的電解液可以作為電池的負極電解液。以上述正極電解液和負極電解液分別作為正極和負極活性物質，可以組成全釩氧化還原液流電池。目前，國內外文獻報道的穩定的全釩液流電池電解液均以硫酸作溶劑，為總釩濃度為1.4-2.0mol/L、硫酸濃度為2.0-5.omol/L的硫酸溶液體系。在硫酸溶液中，V(II)、V(III)、V(IV)的穩定性隨溫度上升而增大，但是V(V)在40℃及以上溫度下會產生熱沉淀效應，所以用于全釩液流電池的電解液的制備方法受不同價態釩在10℃-40℃范圍內溶解度的限制，制備穩定電解液仍是開發全釩液流電池重要技術問題。

氨基磺酸是一種重要的精細化工產品。氨基磺酸可以制成極純的常溫時穩定的結晶體，其水溶液具有與鹽酸、硫酸同等的強酸性，別名固體硫酸。同時，氨基磺酸具有腐蝕性低的特點，使用氨基磺酸作為溶劑的電解液可有效的降低對電極材料的腐蝕作用。它具有不揮發、無臭味和對人體毒性極小的特點，廢水也容易處理，副產物可以有效利用。該產品成本低廉，其包裝、貯存、運輸都很方便，廣泛應用于電鍍工業用劑，電化學拋光用劑等各個領域中。本發明應用氨基磺酸為溶劑，配制含鈰、釩、鋅離子的正極電解液和負極電解液，可以應用于組成鋅鈰電池、全釩電池、鋅釩電池、釩鈰電池等氧化還原電池。

發明內容

本發明的目的是根據上述不足而研究一種是通過采用氨基磺酸作為溶劑，配制穩定的鈰、釩、鋅離子電解液，實現成本低廉、易維護的環保型氧化還原電池。

根據本發明的一個方面，提供了用于氧化還原電池的電解液，以及包括上述電解液的氧化還原電池。上述電解液包括含有鈰離子或者釩離子的正極電解液和含有鋅離子或者釩離子的負極電解液。其特征在于：所述電解液中以氨基磺酸為溶劑。以上述氨基磺酸為溶劑，可以得到穩定的含鈰、釩和鋅離子的電解液。

根據本發明的另一個方面，為了提高電導率，可向電解液中加入NH₄⁺或者堿金屬離子。獲得的電解液具有較高的離子濃度、良好的穩定性和電化學活性。

根據本發明的含鈰離子的正極電解液和含鋅離子的負極電解液可以組成鋅鈰氧化還原電池。

根據本發明的含釩離子的正極電解液和含釩離子的負極電解液可以組成全釩氧化還原電池。

根據本發明的上述正極電解液和負極電解液也可以交叉搭配，組成氧化還原電池，如Zn(II)/Zn與V(IV)/V(V)組成鋅釩電池，V(II)/V(III)與Ce(III)/Ce(IV)組成釩鈰電池。

上述氧化還原電池的電解液可以是液流類型的，也可以是非液流類型的。

為了得到電導率較高的電解液，可向溶液中加入NH₄⁺和堿金屬離子。

附圖說明