[发明专利]一种钒液流电池用电解液的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于储能电池领域，更加具体地讲，涉及一种制备钒液流电池用电解液的方法。

背景技术

钒液流电池主要采用全钒离子作为电解液，在电堆运行良好的情况下，钒电解液的多少和浓度大小，决定着电池容量的大小，并且电解液性能的好坏对电池性能有直接影响。因此，提出高效的钒液流电池用电解液制备方法具有重要意义。

钒液流电池用电解液的制备方法主要分为化学法和电解法(或称电化学法)两种。化学法是指用钒的氧化物或化合物，在一定的硫酸溶液中通过加热和加入一定量还原剂的方法，生产出钒电池用的硫酸氧钒/硫酸混合电解液。化学法方法简单、反应速率快，能在还原剂的作用下迅速将五氧化二钒溶解于硫酸水溶液中，但存在的不足是，首先容易引入其他杂质，其次四价钒离子VO₂⁺离子，进一步还原至三价、二价钒离子比较困难，可供选择的还原剂品种少且价格昂贵。

目前，采用较多的是先通过化学还原剂，如二氧化硫、草酸、抗坏血酸等制备四价钒溶液，再结合电解还原法获得价态符合要求的钒电解液。现有技术中，主要采用以下三种方法：

一种方法是将五氧化二钒、三氧化二钒和浓硫酸按照计量化学比例混合，然后加热、搅拌。其中，所述计量化学比例按照化学方程式定为摩尔比1∶1∶4。化学方程式为V₂O₅+V₂O₃+4H₂SO₄＝4VOSO₄+4H₂O。该方法适合工业制备，但是需要的药品同时有五氧化二钒和三氧化二钒，实验前期准备工作较为繁琐，制备三氧化二钒对操作者的安全技能要求较高，并且增加了三氧化二钒制备工序，提高了工艺成本。

另一种方法是二氧化硫还原法制备硫酸氧钒，即将二氧化硫气体通入五氧化二钒的硫酸溶液中，搅拌、加热。该方法优点为反应速率快；缺点是实验反应器要求承受1～2个大气压，对装置密封性能要求高，且未反应的二氧化硫气体必须处理，需要增加有毒气体处理设备，提高了实验装备成本。

再一种方法是草酸或者酒石酸还原法，即将五氧化二钒溶于硫酸，经草酸或者酒石酸还原后，制备四价的硫酸氧钒溶液，但是过量的草酸或者酒石酸仍会存在于电解液中，会影响钒液流电池的石墨毡电极，不利于钒液流电池长期稳定运行。

直接采用电解法制备钒液流电池用电解液存在的问题是：由于五氧化二钒在稀硫酸中的溶解度非常小，电解法最大的困难是如何将五氧化二钒转化为五价钒的硫酸溶液。即如何将大量五氧化二钒溶于稀硫酸溶液中，以利于电解过程发生。

发明内容

针对现有技术在制备钒液流电池电解液时存在的问题，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的问题。

本发明提供了一种钒液流电池用电解液的制备方法，所述电解液的制备方法包括以下步骤：将五氧化二钒溶于浓硫酸中进行活化，所得的(VO₂)₂SO₄用去离子水溶解，得到阴极液；将所述阴极液倒入有隔膜的电解槽的阴极腔中，将硫酸水溶液倒入电解槽的阳极腔中，放入电极，进行电解还原制得电解液；所述电解液包括二价、三价或四价钒离子；或者所述电解液包含二价和三价钒离子，或者包含三价和四价钒离子。

根据本发明的钒液流电池用电解液的制备方法的一个实施例，浓硫酸中硫酸的质量浓度不小于70％。

根据本发明的钒液流电池用电解液的制备方法的一个实施例，对所述活化的步骤进行加热。优选地，加热的温度低于200℃。

根据本发明的钒液流电池用电解液的制备方法的一个实施例，当所述电解液中包含三价和四价钒离子时，所述电解液中三价钒离子与四价钒离子的摩尔比为1∶1，且所述三价钒离子与所述四价钒离子的总量为1.5～2mol/L。

根据本发明的钒液流电池用电解液的制备方法的一个实施例，所述电极为不对称电极，所述电极的阳极可以为铂电极，阴极可以为石墨电极。

根据本发明的钒液流电池用电解液的制备方法的一个实施例，在所述电解还原步骤中，不断向阳极加入去离子水，以使阴极液面和阳极液面的液面差不超过2cm。

根据本发明的钒液流电池用电解液的制备方法的一个实施例，在所述电解还原步骤中，电流大小可以为500mA～10A，并控制槽电压在1.6～4.5V之间。

根据本发明的钒液流电池用电解液的制备方法的一个实施例，所述五氧化二钒的纯度不小于99.5％。