[发明专利]一种全钒离子氧化还原液流电池电解液的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池制造及能量存储领域，具体为一种高浓度、稳定性好的全钒离子氧化还原液流电池(钒电池)电解液的制备方法。

背景技术

钒氧化还原液流电池，简称钒电池。是一种新型的电化学储能系统，与传统的蓄电池相比，具有可快速、大容量充放电、自放电率低和电池结构简单等特点，它是满足风能、太阳能等新型能源大规模储能的理想电源形式。钒电池正负极电解液为含VO²⁺/VO₂⁺与V²⁺/V³⁺氧化还原电对的硫酸溶液，它不仅是导电介质，更是实现能量存储的电活性物质，是钒电池储能及能量转化的核心。钒离子的浓度是决定该电池能量密度的最重要因素。由于实际使用中出现钒物种的沉淀凝结等现象，使得钒电池电解液目前的使用浓度在1.5mol/L左右，能量密度较低(25Wh/kg)。因此，在实际既需要高浓度的电解质溶液以实现电池的高比能量，又要求它有高稳定性，这是钒电池进入实用化阶段的急需解决的关键技术问题。

目前，采用的电解液制备方法主要有：

1.将V₂O₅与一定量的浓硫酸混合，电解后得到VOSO₄溶液，然后进行电池的充放电。

2.将浓硫酸用蒸馏水按1∶1的重量比例稀释，加入V₂O₃，再逐步加入V₂O₅，冷却后过滤，得到蓝色的即VOSO₄酸性溶液，然后进行电池的充放电。

3.将VOSO₄直接溶解在硫酸中(1～9mol/L)，然后进行电池的充放电。

4.将NH₄VO₃溶解在一定浓度的浓硫酸中，得到VO²⁺、V³⁺、NH₄⁺、SO₄^2-共存的体系，该体系可以直接进行电池的充放电，得到正负极所需的电解液。

有研究通过添加甘油和硫酸钠(2％)来提高电解液的稳定性以及钒离子的溶解度，但浓度与温稳定性的提高不十分明显。

上述方法都未能将钒电池电解液的浓度和温稳定性进行大幅度的提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全钒离子氧化还原液流电池电解液的制备方法，解决现有技术中存在的钒电池电解液的浓度较低和温稳定性较差等问题。

本发明的技术方案为：

一种全钒离子氧化还原液流电池电解液的制备方法，以硫酸氧钒、硫酸和水为原料，添加适当比例的糖类有机物，硫酸氧钒在电解液中的浓度为2～4mol/L，硫酸在电解液中的浓度为1～3mol/L，糖类有机物在电解液中的浓度为0.5mol/L～3mol/L(优选为1mol/L～2mol/L)。

本发明中，糖类有机物预先溶解在水溶液中，配制含有糖类有机物的水溶液，再称取所需量的硫酸和硫酸氧钒晶体加入到含有糖类有机物的水溶液中，对该溶液进行定容得到所需浓度；或者，硫酸和硫酸氧钒晶体预先溶解在水溶液中，再添加糖类有机物，定容得到所需浓度。这两种添加方式所取得的效果相同。

本发明中，在硫酸氧钒溶解过程中进行超声波处理，处理时间30～90min。

本发明中，在糖类有机物溶解过程中进行超声波处理，处理时间10～20min。

本发明中，硫酸氧钒在溶解过程中进行加热处理，加热温度在80℃～100℃之间。

本发明中，糖类有机物为单糖、双糖或多糖。其中，单糖为葡萄糖、果糖或半乳糖；双糖为蔗糖、乳糖或麦芽糖；多糖为由10个以上单糖分子组成。

糖类有机物为以下一种或多种：葡萄糖、果糖、半乳糖、乳糖、麦芽糖、淀粉、糊精、糖原蔗糖、红糖、白糖、砂糖。

本发明中，硫酸氧钒的纯度要求在97wt％～98wt％，如原料硫酸氧钒晶体纯度较低，则需对溶液进行过滤处理。

本发明的优点：