[發明專利]一種測定釩電池電解液中的雜質元素含量的方法

有效

• 申請號: 201210590385.2
• 申請日: 2012-12-31
• 公開（公告）號: CN103048310A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 成勇;其他發明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司
• 主分類號: G01N21/71
• 分類號: G01N21/71
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 王占杰;郭鴻禧

技術領域

本發明屬于元素檢測分析領域，具體地講，本發明涉及一種用于測定釩電池電解液中的雜質元素含量的方法。

背景技術

釩電池的全稱是全釩氧化還原液流電池(Vanadium?Redox?Battery，縮寫為VRB)，作為一種活性物質呈循環流動液態的氧化還原電池，是目前發展勢頭強勁的綠色環保蓄電池之一，正在逐步進入商用化階段。

釩電池作為一種化學能源存儲電池，與傳統的鉛蓄電池、鋰電池等相比，具有明顯的優越性，主要優點如下：在制造、使用及廢棄過程中不產生有害物質，其特殊的電池結構可深度大電流密度放電，具有功率大、容量大、效率高、壽命長、可瞬間充電、安全性高、成本低等優點。釩電池的應用領域十分廣闊，在風力發電、光伏發電、電網調峰、電動汽車等領域有著非常廣闊的應用前景，可用作大廈、機場、程控交換站等的備用電源，或作為風力、太陽能等清潔發電系統的配套儲能裝置，以及為潛艇、遠洋輪船提供電力和用于電網調峰等領域。

例如，長期以來，太陽能和風能等新能源成為世界各國關注的重點，而作為風能和太陽能發電最為優質的儲能設施，釩電池的產業化應用將備受關注。另外，隨著石油價格的不斷攀升，電動汽車成為各國的重點發展領域，釩電池電動汽車一次性充電3～5分鐘，續航能力可達1000公里，而成本僅為目前鋰電池的40％，體積和重量分別是鋰電池1/25和1/10。

釩電池系統主要由電堆、電解液、控制系統這三個部分構成，其中，電堆和電解液技術是開發難點。釩電池電解液是由硫酸和釩混合而成的強酸性溶液，由于電解液中雜質元素將嚴重影響電解液的長期穩定性和充放電效率，例如，某些雜質離子會導致電解液對溫度敏感、產生沉淀、堵塞電堆管路等，以及某些雜質離子在離子膜上結垢，因此，需要一種用于檢測分析釩電池電解液中的雜質元素含量的方法，以確保釩電池電解液的純度并對關鍵雜質元素的含量進行監控。

目前，僅見有采用電位滴定法、分光光度法等傳統化學分析方法測定全釩氧化還原液流電池的電解溶液中的各種價態的釩離子(V²⁺、V³⁺、V⁴⁺、V⁵⁺)以及總釩(VT)含量的方法，此類檢測方法屬于常量組分檢測范疇，其目的是用以掌握電池充放電過程中電化學反應發生程度并控制電池充放電過程，通過監控釩電池充電過程中的釩在不同價態的定量轉變，有效地監測釩電池的充電效率。但是，沒有對釩電池電解液中的Cr、Fe、Mo、Ni、Co、Cu、Mn、Ti、Zn、Si、Al、As、P、Ca、Mg、Pb等微量、痕量雜質元素進行檢測分析的方法。

發明內容

為了對在釩電池電解液中含有的痕量的雜質元素進行測定，本發明提供了一種測定釩電池電解液中的雜質元素含量的方法，所述方法包括下述步驟：按照稀釋5～10倍的比例關系量取釩電池電解液的原始樣品溶液，置于容量瓶中加入水稀釋、定容并混勻；在配制的由釩離子、氫離子和硫酸根離子構成的基體匹配打底溶液中，加入不同體積的待測元素標準溶液，最終配制成在0～10mg/L范圍內呈不同濃度梯度的待測元素標準溶液；以及按照濃度由低到高的順序依次測定待測元素標準溶液，繪制待測元素標準溶液的校準曲線和檢查線性相關系數，然后測定通過稀釋制備的釩電池電解液的原始樣品溶液，將檢測結果乘以稀釋倍數，從而得出釩電池電解液中的雜質元素含量。

在量取步驟中，按照稀釋5～10倍的比例關系，用移液管或移液器量取電解液的原始樣品溶液于容量瓶中，加入水直接一次性地稀釋、定容并混勻。

在標準溶液中可以共存含有18g/L的釩離子和90g/L的硫酸根。

在測定待測元素標準溶液時，使用電感耦合等離子體原子發射光譜儀進行測定，設置電感耦合等離子體原子發射光譜儀的工作參數為：RF功率1200W～1250W，輔助氣流速1.0～1.5L/min，樣品溶液提升進樣量2.77～2.96mL/min，觀察高度10.5～11.5mm，霧化器壓力0.20～0.26kg/cm²，每次測定積分2次，每次積分時間20～25s。

在開始測定時，開啟電感耦合等離子體原子發射光譜儀，選擇待測雜質元素的分析譜線及其檢測積分區域和同步背景校正區域，并點燃等離子體焰炬并穩定儀器。

可以采用特定濃度的釩離子、氫離子以及硫酸根離子對待測元素標準溶液進行基體匹配校正。