[发明专利]一种用于全钒液流电池电解液的配方及工艺

说明书

本发明属于电解液配方领域，公开了一种用于全钒液流电池电解液的配方及工艺。通过对原料钒中可参加电极反应的元素含量进行限制，当含这些元素的钒原料完全溶解形成电解液后，对相应参与电极反应的杂质离子含量上限进行控制，给出系统长时间安全运行的元素含量区间。相比现有技术的电解液系统，本发明在降低电解液生产成本的基础上仍能使系统效率维持较高水平。

技术领域

本发明属于电解液配方领域，具体涉及一种用于全钒液流电池电解液的配方及工艺。

背景技术

对于除了钒元素外可参与电极反应的杂质离子，之前通常以提高电池电压窗口等作用为研究方向。钒电解液中可参与电极反应的杂质离子的增多，可能会导致电池的电化学阻抗的升高，进而影响到电池的电压效率及能量效率。目前一些文献报道了部分杂质离子会引起电池阻抗的升高导致电池效率的下降，但从实用角度对这些杂质元素的上限进行限定的角度尚未有相关报道。

现有的全钒液流电池电解液质量标准中，对电解液中杂质金属离子的要求单一，即除主元素钒(V)之外，其他元素含量保持在一定范围内即可，但其质量标准中缺少了对于参与电极反应的元素的关注。且对参与电极反应的元素的控制和检测方式存在欠缺，这种元素一旦进入电解液，往往难以除掉，对系统效率造成极大影响，这也是众多钒电池系统性能衰减的主要原因之一。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种用于全钒液流电池电解液的配方及工艺，可以有效控制参与电极反应的杂质元素含量，提高电池系统性能，有效降低电解液成本。对于相应的杂质元素标准放开后，相比于相应元素超标的电解液，电池系统效率大幅提高；相比于现用高纯电解液，电解液的生产成本大幅度降低。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

对原料钒中可参加电极反应的元素含量进行限制，当含这些元素的钒原料完全溶解形成电解液后，其对应杂质离子含量应满足：包含下述1)—5)中任一种或一种以上副族元素，当各族元素单独存在时，应满足：

1)VIB副族：包括Cr、W、Mo，且其中Mo≤20，Cr≤50，W≤50，Cr+W+Mo≤120；

2)VIIB副族：包括Mn、Tc、Re，且其中任一元素≤66，Mn+Tc+Re≤200；

3)IVB副族：包括Ti、Zr，且其中任一元素≤25，Ti+Zr≤50；

4)VIII副族：包括Fe、Co、Ni，且其中，Ni≤20，Fe≤100，Co≤100，Fe+Co+Ni≤220；

5)IB副族：包括Cu、Ag、Au，且其中任一元素≤30，Cu+Ag+Au≤100；

以上浓度单位为：mg/L·m³/m²——离子浓度(mg/L)×电解液量(m³)/电极面积；

电解液体系为硫酸体系电解液、HCl体系电解液参数中任一种及其混合酸体系电解液。

进一步地，VIB副族与VIIB副族元素同时存在时，应满足以下要求：Cr+W+Mo+Mn+Tc+Re≤250，且其中Mo≤15，其余任一元素≤45；

进一步地，VIB副族、VIIB副族与VIII副族元素同时存在时，应满足以下要求：Cr+W+Mo+Mn+Tc+Re+Fe+Co+Ni≤350，且其中Mo≤15，Ni≤15，其余任一元素≤45；

进一步地，IVB副族与IB副族同时存在时，应满足以下要求：Ti+Zr+Cu+Ag+Au≤120，且其中任一元素≤20；

其中对于电解液体系要求如下：

硫酸体系电解液参数：除非特殊说明，游离硫酸浓度为1mol/L以上，4mol/L以下，钒离子浓度为1mol/L以上，3mol/L以下；