[发明专利]一种钒/氯化物电解液及使用该电解液的氧化还原液流电池

说明书

技术领域

本发明属于液流储能电池技术领域，特别涉及一种钒/氯化物电解液及使用该电解液的氧化还原液流电池。

背景技术

在当前世界范围内，能源短缺以及化石能源所产生的环境污染问题日益尖锐。在能源安全与环境保护的双重压力下，风能和太阳能等新能源技术由于其可再生特点受到广泛重视。但是，风能和太阳能发电具有间歇性特点，已成为制约其发展的主要瓶颈。全钒氧化还原液流电池具有可深度充放电、长寿命、易操作、易维护、绿色环保等显著特点，能够用于风能、太阳能等可再生能源的平滑输出，实现电网的削峰填谷。

全钒液流电池是通过钒化合价的变化来实现电能与化学能之间的转化。电解液是全钒液流电池的核心部件之一。正负极电解液分别是由V⁴⁺/V⁵⁺和V²⁺/V³⁺电对组成，充电时正极电解液中发生V⁴⁺向V⁵⁺转化，负极电解液中V³⁺向V²⁺转化，同时伴随着氢离子的生成，放电时与之相反。目前，国内外文献报道的全钒液流电池的电解液通常采用硫酸作为支持电解质，电池系统比能量为25-35Wh/Kg，相对较低，无法满足发展需要和客户需求。

目前能够提高电解液性能的方式主要是通过增加单位体积中钒的含量，这种方式相对简单、易于操作，但是该方法存在明显的弊端。当钒离子浓度高于1.8mol/L时，充电后的正极电解液在温度高于40℃时容易水解析出V₂O₅沉淀(2VO₂+H₂O＝V₂O₅+2H⁺)；放电后的负极电解液在温度低于10℃时容易饱和析出V₂(SO₄)₃结晶，致大幅度降低电解液容量，更为严重的是形成的沉淀会堵塞电池内部传输管道，造成整个电池性能的不可逆衰减。虽然可以采用电解液温控装置保证电池系统的正常运行，但由于温控装置增加了系统复杂性，限制了全钒液流电池的推广应用。另一方面，提高全钒液流电池阳极电解液的稳定性的方法主要是加入添加剂，但是迄今还没有一个添加剂配方能同时有效地提高正极电解液的高温稳定性和负极电解液的低温稳定性。因此，随着新能源市场对储能电池需求的不断增加，高稳定性、高浓度的电解液已成为研究的热点。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种钒/氯化物电解液及使用该电解液的氧化还原液流电池，其电解液采用盐酸作为支持电解质，引入Cl^-离子，与常规全钒电池系统电解液使用SO₄^2-离子相比，使用Cl^-离子可以改善全钒电池的能量密度和稳定性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种钒/氯化物电解液，用于氧化还原液流电池，包括阳极电解液和阴极电解液，其中：

阳极电解液中包含Cl^-、V²⁺和V³⁺离子；

阴极电解液中包含Cl^-、V⁴⁺和V⁵⁺离子；

电极反应如下：

正极：

和/或

负极：

本发明电解液仅以盐酸作为支持支持电解质引入，并以甲酸和/或乙二酸作为稳定剂；

所述阳极电解液的具体组份可以为：Cl^-、H⁺、V²⁺、V³⁺、C₂O₄^2-、HCO₂^-、和钒氧离子。

其中：Cl^-的摩尔浓度为0.5-20M

H⁺的摩尔浓度为0.5-20M

钒离子及钒氧离子的摩尔浓度均为0.5-5M(二价与三价钒离子的比例关系随电解液的荷电状态而变化)

C₂O₄^2-的摩尔浓度为0.1-2M