[發明專利]一種含磷的雜多酸全釩液流電池正極電解液及其應用

有效

• 申請號: 201410367895.2
• 申請日: 2014-07-30
• 公開（公告）號: CN105322207B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 張華民;丁聰;席曉麗;李先鋒;張洪章
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M8/18
• 分類號: H01M8/18;H01M4/90
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司21002
• 代理人: 馬馳

技術領域

本發明涉及全釩液流電池技術領域的電解液，特別涉及一種含磷的雜多酸的全釩液流電池電解液。

背景技術

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

全釩液流儲能電池的關鍵材料主要包括電極雙極板、膜和電解液。全釩液流儲能電池關鍵材料的研究，尤其是在提高關鍵材料的穩定性、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，電解液的穩定性直接影響到全釩液流電池的穩定性。由于全釩液流電池電解質溶液一直在系統中循環，一旦出現析出、沉積或氣化等相變，會造成液體流動管道和電池組內部管道的堵塞，影響系統運行，因此必須保證在運行過程中電解液能保持高活性和高穩定性。此外，由于釩離子在硫酸中的溶解度有限，當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生沉淀析出，一定程度上限制了系統能量密度的提高，如何提高能量密度，并保證其在電池運行過程中的穩定存在是亟待解決的問題。對于電解質溶液析出的問題，普遍的思路是在電解質溶液中添加少量的添加劑來穩定電解質溶液，使其在較高濃度下能夠穩定存在。

已有研究報道，將磷鎢釩系列雜多酸作為一種新型液流電池的電解質活性物質(H.D. Pratt Iii,T.M.Anderson,Dalton Transactions 2013,42,15650-15655.)，說明此類物質具有一定的電化學活性。但由于雜多酸本身作為活性物質在硫酸支持電解質中的溶解度十分有限，電池的能量密度較低。而且將此類物質作為電解質組裝的液流電池的效率也較低。因此，考慮將少量雜多酸作為全釩液流電池的電解液添加劑，在保持原有釩的氧化還原對電化學反應的前提下，通過改變添加劑與釩之間的作用力提高電解液的穩定性和電化學性能。

發明內容

本發明目的在于解決上述問題，提供了一種含磷的雜多酸的全釩液流電池正極電解液，以達到全釩液流電池高效穩定運行的目的。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種含磷的雜多酸全釩液流電池正極電解液，于全釩液流電池正極電解液中存在含磷的雜多酸添加劑，所述含磷的雜多酸為磷鎢酸、磷鉬酸、磷鈮酸、磷鉭酸的一種或二種以上，優選磷鎢酸；所述含磷的雜多酸在正極電解液的水溶液中的濃度為10^-3mmol/L～0.1mol/L。

正極電解液的水溶液中釩氧根的濃度為0.5～5mol/L，硫酸根的濃度為1～6mol/L。

所述正極電解液的水溶液中釩氧根的濃度為1～3mol/L，硫酸根濃度為2～4mol/L。

所述含磷的雜多酸在正極電解液中的濃度為0.01mmol/L～0.05mol/L。

正極電解液的水溶液中釩氧根包含VO²⁺、VO₂⁺、V₂O₃⁴⁺、VO₂SO₄^-；正極電解液的水溶液中硫酸根包含SO₄^2-和HSO₄^-。

作為全釩液流電池的正極電解液用于全釩液流電池中；

所述全釩液流電池以金屬類電極或者碳素類電極(碳紙、碳布、碳氈、碳納米管)作為正極和負極材料，以全氟磺酸型質子交換膜、部分氟化膜、非氟離子交換膜或者復合離子交換膜為隔膜。

所述全釩液流電池負極電解液中釩離子包含V²⁺，V³⁺；負極電解液的水溶液中硫酸根包含SO₄^2-和HSO₄^-。