[發(fā)明專利]一種含無機磷酸銨鹽的全釩液流電池正極電解液

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310303490.8
• 申請日: 2013-07-18
• 公開（公告）號: CN104300168A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張華民;丁聰;席曉麗;史丁秦
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號: H01M8/18
• 分類號: H01M8/18
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及全釩液流儲能電池技術(shù)領(lǐng)域的電解液穩(wěn)定性的應(yīng)用，特別涉及一種含無機磷酸銨鹽的全釩液流電池正極電解液。

背景技術(shù)

隨著全世界范圍內(nèi)化石能源的不斷枯竭以及人們環(huán)境保護意識的不斷增強，可再生能源發(fā)電技術(shù)越來越受到人們的青睞。可再生能源主要包括風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能、海洋能等，它們通常被轉(zhuǎn)化成電能使用。而這些可再生能源發(fā)電受地域、氣象等條件的影響具有明顯的不連續(xù)、不穩(wěn)定性。為了平滑和穩(wěn)定可再生能源的發(fā)電輸出及解決發(fā)電與用電的時差矛盾，提高電力品質(zhì)和電網(wǎng)可靠性，必須發(fā)展高效儲能技術(shù)。全釩液流儲能電池(VFB)由于具有系統(tǒng)容量和功率相互獨立可調(diào)、響應(yīng)迅速，安全可靠，環(huán)境友好，循環(huán)壽命長、易維護和再生等突出優(yōu)勢而成為可再生能源發(fā)電，電網(wǎng)削峰填谷，應(yīng)急及備用電站等規(guī)模化儲能中最有發(fā)展前景的技術(shù)之一。

全釩液流儲能電池的關(guān)鍵材料主要包括電極、雙極板、膜和電解液。以上全釩液流儲能電池關(guān)鍵材料的研究，尤其是在提高關(guān)鍵材料的穩(wěn)定性、耐久性和降低成本等方面的研究就顯得尤為重要。電解質(zhì)溶液是全釩液流電池的重要組成部分，它的濃度和體積直接決定了電池的容量。因此，電解液的穩(wěn)定性直接會影響到全釩液流電池的穩(wěn)定性。由于全釩液流電池電解質(zhì)溶液一直在系統(tǒng)中循環(huán)，一旦出現(xiàn)析出、沉積等相變，會造成液體流動管道和電池組內(nèi)部管道的堵塞，影響系統(tǒng)運行，因此必須保證在運行過程中電解液能保持高活性和高穩(wěn)定性。此外，由于釩離子在硫酸中的溶解度有限，當(dāng)五價釩離子的濃度大于1.8mol/L時或者操作溫度高于50℃時，充電過程中正極電解液易產(chǎn)生沉淀析出，在一定程度上限制了系統(tǒng)能量密度的提高。如何提高全釩液流電池的能量密度并保證其在電池運行過程中的穩(wěn)定存在，是一個亟待解決的問題。對于電解質(zhì)溶液析出的問題，普遍的思路是在電解質(zhì)溶液中添加少量的添加劑來穩(wěn)定電解質(zhì)溶液，使其在較高濃度下能夠穩(wěn)定存在。

中國發(fā)明專利20120365118.5公開了一種電解液，其中含有正磷酸、偏磷酸、亞磷酸和次磷酸及其等鉀鹽或鈉鹽的添加劑的一種或多種，這些添加劑的加入能夠?qū)崿F(xiàn)電解液的穩(wěn)定性，但是由于其中添加劑的用量范圍太小（添加劑用量為釩物質(zhì)的量的0.005%～5.0%），無法明顯提高全釩液流電池在高溫（40-50℃）運行時電解液的穩(wěn)定性和容量保持率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決上述問題，提供了含無機磷酸銨鹽的全釩液流電池正極電解液，以實現(xiàn)全釩液流電池高溫下穩(wěn)定運行的目的。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種含無機磷酸銨鹽的全釩液流電池正極電解液，其中包含無機磷酸銨鹽添加劑，所述無機磷酸銨鹽為正磷酸銨鹽、偏磷酸銨鹽、亞磷酸銨鹽、次磷酸銨鹽或多聚磷酸銨鹽中的一種或二種以上；所述無機磷酸銨鹽添加劑的濃度為0.1mol/L～0.25mol/L。所述含無機磷酸銨鹽的優(yōu)選濃度為0.15-0.2mol/L。

適用于本發(fā)明的釩電池電解液的主要成分為較高價態(tài)（四、五價）釩氧根-硫酸體系。正極電解液的水溶液中釩氧根（包含VO²⁺，VO₂⁺，V₂O₃⁴⁺，VO₂SO₄^-等）的濃度為0.5～5mol/L，硫酸根（含SO₄^2-和HSO₄^-）的濃度為1～6mol/L。所述正極電解液的水溶液中釩氧根的優(yōu)選濃度為1～3mol/L，硫酸根的優(yōu)選濃度為2～4mol/L。

本發(fā)明的有益結(jié)果為：

本發(fā)明使用了無機磷酸銨鹽作為正極電解液添加劑，一方面降低了電池的極化現(xiàn)象，提高了電池的電壓效率和能量效率；另一方面能夠有效地抑制電解液在高溫運行時的嚴(yán)重容量衰減，實現(xiàn)電解液的穩(wěn)定運行。本發(fā)明制備工藝操作簡單、節(jié)能環(huán)保、成本低、同時能夠?qū)崿F(xiàn)電解液在電池中的穩(wěn)定運行。

附圖說明

圖1是實施例1中添加磷酸二氫銨、磷酸二氫鈉的電解液和空白電解液的循環(huán)伏安掃描曲線。

圖2是實施例3中以添加磷酸二氫銨、磷酸二氫鈉的正極電解液和不含任何添加劑的空白正極電解液組裝電池時的充放電曲線對比圖。

圖3是實施例4中添加磷酸二氫銨、磷酸鈉的電解液和空白電解液在45℃水浴中充放電循環(huán)過程中的電池充電容量保持率圖。

具體實施方式