[發明專利]一種含添加劑的全釩液流電池正極電解液及其應用

在審

• 申請號: 201711094327.X
• 申請日: 2017-11-09
• 公開（公告）號: CN109768325A
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發明（設計）人: 孫佳偉;李先鋒;張華民
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所;大連融科儲能技術發展有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0566;H01M10/42;H01M8/18
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發明涉及一種含添加劑的液流電池正極電解液，所述添加劑為咪唑、吡啶、聯吡啶、甲基橙、亞甲基藍中的一種或二種以上：所述添加劑的濃度為0.01mmol/L～0.5mol/L。本發明使用的物質作為正極電解液添加劑，能夠有效地抑制電池在高溫條件下運行時產生的容量衰減問題，實現電池的穩定運行。本發明制備工藝操作簡單、節能環保、成本低、同時能夠實現電解液在電池中的穩定運行。

技術領域

本發明涉及全釩液流電池儲能技術領域的電解液穩定性的應用，特別涉及一種含添加劑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。

電解液是全釩液流電池的重要組成部分，其濃度和體積直接決定了電池的容量，電解液的穩定性直接影響到VFB長期運行過程中的可靠性和穩定性。但實際上運行過程中，釩離子在支持電解質中的溶解度和穩定性有限：當溫度高于40℃時，正極電解液中的V(V)容易析出沉淀。在實際應用中通常需要借助換熱裝置對電解液的溫度進行控制和調節。但是熱管理系統通常會帶來高達20％的額外能量損失，同時還會增加了整個VFB體系的成本。此外，正極電解液中五價釩離子較低的溶解度在一定程度上限制了VFB的系統能量密度(<25Wh kg^-1)的提高。因此，提高VFB正極電解液中五價釩離子的濃度和熱穩定性對于電池系統的高效性和穩定性尤其重要。對于電解液中的V(V)析出的問題，普遍的思路是在電解液中添加少量的添加劑來穩定電解液，使其在較高濃度下能夠穩定存在。其中向電解液中引入絡合劑是一種提高正極電解液穩定性的有效手段，而雜多酸與正極電解液中的五價釩離子存在特有的配位作用，有望提高正極電解液的穩定性并改善電池的長期運行穩定性。

發明內容

本發明目的在于解決上述問題，提供了一種含添加劑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：

一種含添加劑的全釩液流電池正極電解液，所述添加劑為咪唑、吡啶、聯吡啶、甲基橙、亞甲基藍的一種或二種以上；優選咪唑、亞甲基藍。

所述添加劑的濃度為0.01mmol/L～0.5mol/L。所述添加劑的優選濃度為0.1mmol/L～0.05mol/L。

適用于本發明的釩電池電解液的主要成分為較高價態(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選濃度為1～3mol/L，硫酸根的優選濃度為2～4mol/L。

對應的負極電解液的水溶液中釩離子(包含V²⁺，V^3+-等)的濃度為0.5～5mol/L，硫酸根(含SO₄^2-和HSO₄^-)的濃度為1～6mol/L。