[發明專利]一種全釩液流電池及其運行方式

有效

• 申請號: 201310301519.9
• 申請日: 2013-07-17
• 公開（公告）號: CN103367785A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 高新亮;張華民;王曉麗;劉若男;李穎;趙葉龍;林則青
• 申請（專利權）人: 大連融科儲能技術發展有限公司
• 主分類號: H01M8/18
• 分類號: H01M8/18;H01M8/04
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 趙淑梅;李馨

技術領域

本發明涉及一種全釩液流電池及其運行方式，屬于液流電池領域。

背景技術

作為新型綠色二次蓄電池，全釩液流電池(VFB)擁有循環壽命長、容易規模化、快速響應、選址自由等其他電池系統所難以比擬的優勢，且已經在眾多大型太陽能儲能和風電儲能設備及大型應急電源系統及電力系統削峰填谷中成功應用。

電解液是釩電池的關鍵材料和儲能物質，充電過程中電解液在左右磁力泵驅動下，正負極溶液通過離子傳導膜發生如下反應：

正極反應：VO²⁺+H₂O→VO₂⁺+2H⁺+e^-??E₀=1.00V...............(1)

負極反應：V³⁺+e^-→V²⁺??E₀=-0.26V................(2)

析氫反應：

而當充電到一定程度的時候，負極V²⁺達到一定濃度開始與電解液中的H⁺發生析氫反應：

V²⁺+H⁺→V³⁺+H₂↑????（3）

而此反應直接導致負極參與放電的V²⁺總量減少，相應系統的放電容量減少，隨著系統運行，析氫副反應不斷累積導致正負極價態失衡，將嚴重影響系統的使用效率，同時氫氣的生成也給環境帶來危險。以上問題已經成為釩電池進入實用化階段亟待解決的技術瓶頸。

運行安全性（添加劑）：

正極溶液的充電完畢時V⁵⁺具有較高的濃度（>1M），在此情況下，系統超過40℃運行時，正極溶液極易出現沉淀V₂O₅↓。沉淀將使電極空隙結構堵塞，造成系統癱瘓，加大電池維修成本。如果采取降溫措施，則配備換熱系統帶來配套設施成本和能耗不可低估。

此時通過在正負極溶液中加入一定量添加劑來改善正極電解液在40℃以上的運行穩定性，是必須解決的問題之一。

近幾年國內外研究的電解液穩定性添加劑主要有：

1）有機小分子類，如甘油，醇類，有機酸，有機脲等，研究發現這些機物分子在正極溶液中均能與V⁵⁺發生氧化還原反應，將V⁵⁺還原為V⁴⁺，本身被氧化為CO₂和水，失去穩定V⁵⁺離子的能力；

2）堿金屬硫酸鹽，硫酸鈉，硫酸鉀，硫酸鎂等；文獻中已有不少關于堿金屬鹽的報道，但需添加一定量（>2%，m/v）才有效果，造成溶液中其他金屬離子濃度升高，且目前尚無其中試級穩定充放電應用數據的支持。

磷酸及其鹽類作為釩電解液穩定劑已經有報道，但其添加后的負極低溫穩定性的研究仍屬空白，且長期極端條件下的儲存穩定試驗數據還沒有報道。

歐洲發明專利EP1143546公開了一種全釩液流電池運行方式，其中提到通過對正負極溶液儲罐上端增加聯通管路，來減緩正負極釩溶液相互遷移導致的系統短期容量下降，但其并不能避免析氫副反應的發生而導致的不可逆容量下降，其對系統長期運行導致的放電容量大幅衰減改善有限。

發明內容

本發明的目的是提供一種全釩液流電池。

一種全釩液流電池，包括正極電解液和負極電解液，所述正極電解液與負極電解液中總釩比例始終保持為正極：負極為1:1.5～1:1.2，且正極電解液與負極電解液中均含有添加劑，添加劑的濃度為0.01mol/L～0.5mol/L，

其中，所述添加劑選自硫酸、硫酸鹽、磷酸、磷酸鹽、焦磷酸鹽、多聚磷酸鹽中的至少一種。

電解液的總釩量為電解液中釩離子的濃度×電解液體積；所述正極電解液與負極電解液中總釩比例指正極電解液的總釩量與負極電解液的總釩量的比值；所述正極電解液中釩離子的濃度與負極電解液中釩離子的濃度相同；所述釩離子濃度包括電解液中所存在的各種價態的釩離子的濃度的總和。