[发明专利]一种含无机磷酸铵盐的全钒液流电池正极电解液

说明书

技术领域

本发明涉及全钒液流储能电池技术领域的电解液稳定性的应用，特别涉及一种含无机磷酸铵盐的全钒液流电池正极电解液。

背景技术

随着全世界范围内化石能源的不断枯竭以及人们环境保护意识的不断增强，可再生能源发电技术越来越受到人们的青睐。可再生能源主要包括风能、太阳能、生物质能、海洋能等，它们通常被转化成电能使用。而这些可再生能源发电受地域、气象等条件的影响具有明显的不连续、不稳定性。为了平滑和稳定可再生能源的发电输出及解决发电与用电的时差矛盾，提高电力品质和电网可靠性，必须发展高效储能技术。全钒液流储能电池(VFB)由于具有系统容量和功率相互独立可调、响应迅速，安全可靠，环境友好，循环寿命长、易维护和再生等突出优势而成为可再生能源发电，电网削峰填谷，应急及备用电站等规模化储能中最有发展前景的技术之一。

全钒液流储能电池的关键材料主要包括电极、双极板、膜和电解液。以上全钒液流储能电池关键材料的研究，尤其是在提高关键材料的稳定性、耐久性和降低成本等方面的研究就显得尤为重要。电解质溶液是全钒液流电池的重要组成部分，它的浓度和体积直接决定了电池的容量。因此，电解液的稳定性直接会影响到全钒液流电池的稳定性。由于全钒液流电池电解质溶液一直在系统中循环，一旦出现析出、沉积等相变，会造成液体流动管道和电池组内部管道的堵塞，影响系统运行，因此必须保证在运行过程中电解液能保持高活性和高稳定性。此外，由于钒离子在硫酸中的溶解度有限，当五价钒离子的浓度大于1.8mol/L时或者操作温度高于50℃时，充电过程中正极电解液易产生沉淀析出，在一定程度上限制了系统能量密度的提高。如何提高全钒液流电池的能量密度并保证其在电池运行过程中的稳定存在，是一个亟待解决的问题。对于电解质溶液析出的问题，普遍的思路是在电解质溶液中添加少量的添加剂来稳定电解质溶液，使其在较高浓度下能够稳定存在。

中国发明专利20120365118.5公开了一种电解液，其中含有正磷酸、偏磷酸、亚磷酸和次磷酸及其等钾盐或钠盐的添加剂的一种或多种，这些添加剂的加入能够实现电解液的稳定性，但是由于其中添加剂的用量范围太小（添加剂用量为钒物质的量的0.005%～5.0%），无法明显提高全钒液流电池在高温（40-50℃）运行时电解液的稳定性和容量保持率。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供了含无机磷酸铵盐的全钒液流电池正极电解液，以实现全钒液流电池高温下稳定运行的目的。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种含无机磷酸铵盐的全钒液流电池正极电解液，其中包含无机磷酸铵盐添加剂，所述无机磷酸铵盐为正磷酸铵盐、偏磷酸铵盐、亚磷酸铵盐、次磷酸铵盐或多聚磷酸铵盐中的一种或二种以上；所述无机磷酸铵盐添加剂的浓度为0.1mol/L～0.25mol/L。所述含无机磷酸铵盐的优选浓度为0.15-0.2mol/L。

适用于本发明的钒电池电解液的主要成分为较高价态（四、五价）钒氧根-硫酸体系。正极电解液的水溶液中钒氧根（包含VO²⁺，VO₂⁺，V₂O₃⁴⁺，VO₂SO₄^-等）的浓度为0.5～5mol/L，硫酸根（含SO₄^2-和HSO₄^-）的浓度为1～6mol/L。所述正极电解液的水溶液中钒氧根的优选浓度为1～3mol/L，硫酸根的优选浓度为2～4mol/L。

本发明的有益结果为：

本发明使用了无机磷酸铵盐作为正极电解液添加剂，一方面降低了电池的极化现象，提高了电池的电压效率和能量效率；另一方面能够有效地抑制电解液在高温运行时的严重容量衰减，实现电解液的稳定运行。本发明制备工艺操作简单、节能环保、成本低、同时能够实现电解液在电池中的稳定运行。

附图说明

图1是实施例1中添加磷酸二氢铵、磷酸二氢钠的电解液和空白电解液的循环伏安扫描曲线。

图2是实施例3中以添加磷酸二氢铵、磷酸二氢钠的正极电解液和不含任何添加剂的空白正极电解液组装电池时的充放电曲线对比图。

图3是实施例4中添加磷酸二氢铵、磷酸钠的电解液和空白电解液在45℃水浴中充放电循环过程中的电池充电容量保持率图。

具体实施方式