[發明專利]一種中溫型全釩液流電池的電解液

有效

• 申請號: 201910048958.0
• 申請日: 2019-01-18
• 公開（公告）號: CN109888350B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 王保國;李增輝
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01M8/18
• 分類號: H01M8/18
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 陳波

本發明涉及一種含硫酸鹽的全釩液流電池正極電解液，總釩離子濃度范圍為0.5mol/L?3mol/L，硫酸鹽的濃度范圍為0.1mol/L?0.9mol/L，優選濃度范圍在0.5mol/L?0.9mol/L之間。本發明使用硫酸鹽作為正極電解液添加劑，能夠有效抑制全釩液流電池正極電解液中五價釩離子沉淀的問題，使電池能夠升溫至50℃條件下穩定運行。本發明的電解液制備工藝簡單、成本低，能夠實現全釩液流電池在中溫條件下正常運行。

技術領域

本發明屬于全釩液流電池儲能技術領域，特別涉及一種含添加劑的全釩液流電池正極電解液。

背景技術

化石能源的過度開采和大量使用帶來的能源危機和環境污染問題已經成為限制我國乃至世界可持續發展的主要屏障。調整電力能源結構，開發規模化利用風能、太陽能等可再生清潔能源，已經成為我國電力能源發展的迫切需要。但是風能、太陽能等可再生能源發電過程受天氣影響較大，通常具有出力不穩定、間歇性、分散性等缺點，無法直接并入電網。為了更好地開發利用風能、太陽能等可再生清潔能源，亟需研制實用性強的大規模、大功率蓄電儲能裝置，平滑電力輸出，保證發電供電時的連續性和穩定性，滿足大規模電力并網技術要求。全釩液流電池不僅具有快速響應、壽命長周期、容量可控、可深度放電等優點，同時由于正負極均使用同一種元素作為電化學活性物質，避免了充放電過程中由于離子的跨膜擴散、遷移引起的交叉污染，受到了人們的廣泛關注。

全釩液流電池體系主要包括：電極、石墨氈、質子交換膜、電解液以及配套的儲槽和管路。其中電解液是最重要的組成部分，電解液中含有液流電池中實現儲能的活性物質。目前，全釩液流電池電解液面臨的主要問題之一是升高溫度后的沉淀：全釩液流電池電解液穩定性受溫度、支撐電解質(對離子)濃度、總釩離子濃度、電解液荷電狀態影響較大，主要表現為正極電解液中五價釩離子在溫度上升(35℃)時，容易析出沉淀。正極釩電解液的高溫不穩定限制全釩液流電池的總釩離子濃度低于2mol/L，進而導致了全釩液流電池的能量密度較低(20-25Wh/kg)。同時五價釩的低穩定性也間接導致了全釩液流電池在工程放大和電堆設計過程中需要添加換熱系統，使電解液溫度保持在較窄的溫度范圍，進而導致了全釩液流電池成本的增加。因此，亟需研究開發一種穩定性好、電化學活性強、廉價并能實際應用的全釩液流電池電解液。目前解決這一問題的主要方法是在正極電解液中引入添加劑，常用的添加劑是一些有機物、鹽酸以及磷酸和磷酸鹽。但是由于有機物通常具有弱的還原性，在實際應用過程中，有機物會在高氧化性的正極電解液中逐漸被氧化，進而失去穩定作用。而引入鹽酸、磷酸會增大整個電解液的酸度，使得電解液對電池材料的腐蝕能力變強，同時鹽酸在使用可能會析出氯氣，對配套電池材料的性能要求更高。本發明利用過渡金屬鐵的絡合作用，使鐵離子和釩離子相互作用，阻止了釩化合物升溫條件下脫水反應，大幅度提升電解液的穩定性。

發明內容

本發明目的在于解決全釩液流電池正極電解液低穩定性的問題，提供了一種全釩液流電池電解液的穩定劑。

本發明采用的技術方案具體如下：

一種中溫型全釩液流電池正極電解液，其特征在于，將硫酸鹽作為添加劑溶解到正極釩電解液中，所述正極電解液含有水、硫酸、五價釩離子、三價鐵離子和硫酸根離子。

所述添加劑為硫酸鐵；所述硫酸鐵的濃度范圍為0.1mol/L-0.9mol/L。所述硫酸鐵的優選濃度范圍為0.5mol/L-0.7mol/L。

適用于本發明的全釩液流電池正極電解液主要成分為釩離子(釩氧根)-硫酸體系(釩離子價態為四價、五價)。釩氧根濃度范圍為0.5mol/L-3.0mol/L，優選濃度范圍為1.5mol/L-2.0mol/L。硫酸濃度范圍為1mol/L-5mol/L，優選濃度范圍為2mol/L-4mol/L。