[发明专利]一种消除全钒液流电池电解液杂质影响的方法

说明书

技术领域

本发明涉及液流电池技术领域，特别涉及一种消除全钒液流电池电解液杂质影响的方法。

背景技术

大规模、长寿命、低成本、环境友好是储能技术发展的主要方向。在包括抽水储能、压缩空气储能、钠硫电池、锂离子电池、铅酸电池等各种规模储能技术领域中，全钒液流电池储能技术因其使用寿命长、安全可靠、储能规模大、电池均匀性好、无污染、应答速度快、可实时直接监测其充放电状态等特点，已成为规模储能技术的首选技术之一。

全钒液流电池主要由电堆、电解液及电解液循环系统构成，其中电解液是全钒液流电池电化学反应的活性物质和电能的载体，是全钒液流电池的关键材料，因此电解液的质量对全钒液流电池性能有直接影响。

影响电解液质量的因素主要有电解液浓度、电解液的稳定性和杂质种类和含量。由于杂质离子的反应电势区间与活性物质的反应电势区间交叠，导致杂质离子部分地参与活性物质所进行的氧化还原反应，从而降低了活性物质的反应能力，此外，杂质离子的存在还会进一步促进液流电池的析氢反应，使得液流电池的容量衰减增大，性能和寿命大幅度下降。目前，全钒液流电池电解液去除杂质的常用方法为重结晶、碱溶解、萃取：

CN103606694A公开了一种商用全钒液流电池电解液的制备方法，其将钒原料用碱溶解，用酸碱调节pH值，反复沉钒以去除杂质元素，然后经过焙烧得到钒的氧化物，用浓硫酸溶解以去除铁、铬、硅、锰等杂质。

CN103482702A公开了制备高纯度钒氧化物的方法及全钒液流电池用高纯度电解液，在不同PH值条件下，对钒氧化物进行重溶，经过两次除杂和三次过滤，再经过洗涤、烘干、焙烧工艺，以去除Cr、Si、Fe、Al、K、Na杂质。

CN104064795A公开了一种高纯度硫酸氧钒电解液的制备方法，将氢氧化钠用钒渣及石煤提取，得到pH为3.0～4.0的硫酸氧钒溶液，通过提取、无机还原、混合萃取、反萃取、有机还原、前驱体浓缩等多个步骤提纯电解液。

现有技术均为在生产电解液之前加入除杂步骤，虽然具有一定的效果，但是存在以下问题：

1、去除的杂质数量、种类有限，无法彻底去除杂质对电解液的影响；2、除杂步 骤繁琐、需要大量的专业设备和高纯度试剂；3、仅适用于粗除杂，对于杂质含量较低的电解液去除杂质成本将成倍增加；4、后续生产、施工、运行及维护过程中引入的杂质影响依旧无法排除。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服上述现有技术的缺陷，提供一种消除全钒液流电池电解液杂质影响的方法，可减少在电解液制备过程中的除杂步骤，并能够减轻以及消除全钒液流电池运行过程中微量杂质元素的负面影响。

本发明提供的技术方案是，一种消除全钒液流电池电解液中杂质影响的方法，向所述电解液中加入络合剂，充分搅拌，使之与金属杂质离子络合，所述络合剂为磷酸、无机磷酸盐、醇胺、氨基羧酸盐、羟基羧酸盐或有机磷酸盐。作为优选的技术方案，所述杂质为副族元素的可溶性或微溶性硫酸盐。

作为优选的技术方案，所述杂质为第4副族元素、第6副族元素、第7副族元素、第8副族元素、第1副族元素或第2副族元素。

作为优选的技术方案，所述电解液中杂质的含量为0-1000ppm。

作为优选的技术方案，所述方法在温度范围0-50℃下操作。

作为优选的技术方案，所述电解液的钒离子价态为2+、3+、4+、5+中的至少一种。

作为优选的技术方案，所述电解液的溶剂为硫酸和/或盐酸。

作为优选的技术方案，所述电解液中硫酸浓度为0-4.0mol/L。

作为优选的技术方案，所述电解液中盐酸浓度为0-4.0mol/L。

作为优选的技术方案，所述方法在全钒液流电池系统运行前或运行过程中向所述电解液中加入络合剂。可以选择直接将络合剂加入到电解液中，也可以选择在液流电池系统运行中进行在线操作。可以选择仅加入到正极电解液或负极电解液中，也可以选择同时加入正极电解液和负极电解液中。

作为优选的技术方案，所述络合剂添加量以摩尔比例计，为络合剂:杂质元素＝1:0.01-1:100。

本发明所述络合剂为与杂质离子形成配位键的化合物，如磷酸、无机磷酸盐、醇胺、氨基羧酸盐、羟基羧酸盐或有机磷酸盐等的离子络合体，优选三聚磷酸钠、三乙醇胺、二胺四乙酸二钠(EDTA)、二乙烯三胺五羧酸钠、萄糖酸钠、乙二胺四甲叉磷酸钠。