[發(fā)明專利]一種利用V2O5制備釩電池負(fù)極電解液的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610046240.4
• 申請日: 2016-01-25
• 公開（公告）號: CN105655620B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周箏;谷亮;王鵬凱;楊艷瓊;吳菊珍
• 申請（專利權(quán)）人: 成都工業(yè)學(xué)院
• 主分類號: H01M8/18
• 分類號: H01M8/18
• 代理公司: 四川力久律師事務(wù)所51221
• 代理人: 王蕓,熊曉果

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池電解液的制備領(lǐng)域，特別涉及一種利用V₂O₅為原料化學(xué)法制備釩電池負(fù)極用電解液的制備工藝。

背景技術(shù)

釩氧化還原液流電池簡稱釩電池，是一種潛力巨大的高效化學(xué)儲能電池。釩電池主要應(yīng)用在電廠調(diào)峰以平衡負(fù)荷，大規(guī)模光電轉(zhuǎn)換，風(fēng)能發(fā)電的儲能電源以及作為邊遠(yuǎn)地區(qū)儲能系統(tǒng)，不間斷電源或應(yīng)急電源系統(tǒng)，更重要的是可以作為電動汽車電源和其它一些軍事用途。釩氧化還原液流電池有如下優(yōu)點(diǎn)：額定功率和額定能量是獨(dú)立的，功率大小取決于電池堆，能量大小取決于電解液；可隨意增加電解液的量，達(dá)到增加電池容量的目的；充放電是不包含復(fù)雜的固相變化；深放電達(dá)100％對電池組無危害；電池的保存期無限，存儲壽命長；電池結(jié)構(gòu)簡單，材料價(jià)格便宜，更換和維修費(fèi)用低；通過更換電解液，就可實(shí)現(xiàn)“瞬間再充電”；充電狀態(tài)可連續(xù)監(jiān)測，各個(gè)單體電池處于相同帶電狀態(tài)。

釩電池基本原理是以釩的氧化物或化合物發(fā)生氧化還原反應(yīng)得失電子實(shí)現(xiàn)化學(xué)能向電能的轉(zhuǎn)化。充電時(shí)，正極發(fā)生氧化反應(yīng)，負(fù)極發(fā)生還原反應(yīng)，放電是則相反。電極反應(yīng)如下：

由于釩電池為液流電池，電解液的質(zhì)量直接決定了電池的儲能能力，因此找到合適簡易的制備釩電池電解液的方法對于釩電池開發(fā)十分重要。釩電池的正極初始溶液一般采用易得的四價(jià)釩離子溶液，國外已有諸多研究，而對于釩電池負(fù)極電解液的制備方法卻報(bào)道較少，制備負(fù)極三價(jià)釩離子溶液的常規(guī)方法是通過先制得硫酸氧釩后再利用電解法制得。因此存在 以下問題：制備三價(jià)釩離子溶液時(shí)需先制得四價(jià)釩離子溶液，再通過電解得到三價(jià)釩離子溶液，且得到的正極負(fù)極電解液中釩為混合價(jià)態(tài)，制備工藝復(fù)雜，能耗較高。

中國專利CN103199292A公開了一種釩電池負(fù)極電解液的化學(xué)還原制備法，其所使用的還原劑為草酸，由于草酸為有機(jī)酸，還原能力弱，反應(yīng)速度慢并有CO₂產(chǎn)生，且過量還原劑不易除去。

中國專利CN104300170A公開了一種利用H₂S作為還原劑采用化學(xué)還原法制備釩電池負(fù)極電解液，雖然H₂S還原性大，反應(yīng)快，但H₂S在水中溶解度小且有毒性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)在制備釩電池負(fù)極電解液中所存在的制備工藝復(fù)雜、存在安全風(fēng)險(xiǎn)、能耗較高和所制備電解液穩(wěn)定性差的上述不足，提供一種利用V₂O₅制備釩電池負(fù)極電解液的方法。本發(fā)明所述制備方法具有原料易得、成本低廉，反應(yīng)速度快，無副反應(yīng)，制備工藝簡單安全，能耗低，所制備的釩電池負(fù)極電解液穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

一種利用V₂O₅制備釩電池負(fù)極電解液的方法，包括以下步驟：

(1)V₂O₅在硫酸水溶液中加熱活化：稱取V₂O₅粉末；在攪拌狀態(tài)下，將V₂O₅粉末加入到硫酸水溶液中加熱活化，至其完全溶解。

V₂O₅粉末在水中的溶解度很小，V₂O₅固體粉末中釩呈五價(jià)形式存在，即使在酸條件下，V₂O₅也難于直接被還原劑還原，因此需先活化，通過將V₂O₅在酸中溶解是使其得到活化的有效途徑，該溶解反應(yīng)的反應(yīng)式為：

V₂O₅+4H₂SO₄+H₂O→V₂O₅·4SO₃·5H₂O

優(yōu)選地，所述硫酸水溶液的制備方法為：將98％的濃硫酸和去離子水按體積比1∶1～1∶6混合。

優(yōu)選地，稱取的V₂O₅原料與硫酸水溶液中硫酸的重量比為1∶1～1∶4。重量比大于1∶4時(shí)，體系酸度過高，不利于后續(xù)的還原反應(yīng)。重量比小于1∶1時(shí)，硫酸的量不足于將V₂O₅完全溶解活化。