[发明专利]一种含添加剂的全钒液流电池正极电解液及其应用

说明书

本发明涉及一种含添加剂的液流电池正极电解液，所述添加剂为咪唑、吡啶、联吡啶、甲基橙、亚甲基蓝中的一种或二种以上：所述添加剂的浓度为0.01mmol/L～0.5mol/L。本发明使用的物质作为正极电解液添加剂，能够有效地抑制电池在高温条件下运行时产生的容量衰减问题，实现电池的稳定运行。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。

技术领域

本发明涉及全钒液流电池储能技术领域的电解液稳定性的应用，特别涉及一种含添加剂的全钒液流电池电解液。

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。

电解液是全钒液流电池的重要组成部分，其浓度和体积直接决定了电池的容量，电解液的稳定性直接影响到VFB长期运行过程中的可靠性和稳定性。但实际上运行过程中，钒离子在支持电解质中的溶解度和稳定性有限：当温度高于40℃时，正极电解液中的V(V)容易析出沉淀。在实际应用中通常需要借助换热装置对电解液的温度进行控制和调节。但是热管理系统通常会带来高达20％的额外能量损失，同时还会增加了整个VFB体系的成本。此外，正极电解液中五价钒离子较低的溶解度在一定程度上限制了VFB的系统能量密度(<25Wh kg^-1)的提高。因此，提高VFB正极电解液中五价钒离子的浓度和热稳定性对于电池系统的高效性和稳定性尤其重要。对于电解液中的V(V)析出的问题，普遍的思路是在电解液中添加少量的添加剂来稳定电解液，使其在较高浓度下能够稳定存在。其中向电解液中引入络合剂是一种提高正极电解液稳定性的有效手段，而杂多酸与正极电解液中的五价钒离子存在特有的配位作用，有望提高正极电解液的稳定性并改善电池的长期运行稳定性。

发明内容

本发明目的在于解决上述问题，提供了一种含添加剂的全钒液流电池正极电解液，以达到全钒液流电池高效稳定运行的目的。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种含添加剂的全钒液流电池正极电解液，所述添加剂为咪唑、吡啶、联吡啶、甲基橙、亚甲基蓝的一种或二种以上；优选咪唑、亚甲基蓝。

所述添加剂的浓度为0.01mmol/L～0.5mol/L。所述添加剂的优选浓度为0.1mmol/L～0.05mol/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。

对应的负极电解液的水溶液中钒离子(包含V²⁺，V^3+-等)的浓度为0.5～5mol/L，硫酸根(含SO₄^2-和HSO₄^-)的浓度为1～6mol/L。