[发明专利]一种液流储能电池用钒电解液的制备方法

说明书

本发明属于电化学储能技术领域，更具体地，涉及一种液流储能电池用钒电解液的制备方法。本发明针对传统钒电解液制备需要消耗额外的电能，导致电解液制备成本高的难题，开发了一种基于原电池发电原理的钒电解液制备技术，反应过程中不仅不消耗电能，还能发出电能，极大地降低了电解液的制备成本。而且，所制备的钒电解液与电解法制备的钒解液相比，具有更高的能量转化效率。

技术领域

本发明属于电化学储能技术领域，具体涉及一种液流储能电池用钒电解液的制备方法。

背景技术

能源消耗所带来的环境问题明显地出现在人们的面前，因此进一步开发和利用清洁和可再生能源已成为解决能源短缺问题的首选。然而，可再生清洁能源很容易受到气候和环境等因素的影响，这使其存在间断性与波动性，无法直接集成到电网系统。因此，大力发展性能优异的储能技术是实现可再生清洁能源在人类生产和生活中应用的迫切要求。在许多储能技术中，如锂电池、液流电池、金属空气电池、铅酸电池等显示出良好的应用前景。与其他储能技术相比，液流电池在安全性、稳定性、适应范围等方面有着突出的优势。

液流电池属于一种活性化学物质储存在液态化电解液中的二次储能电池技术。与固态电池不同，液流电池的正极和负极以电解质溶液的形式储存于电池外部的储罐中，通过正、负极电解质溶液活性物质发生可逆的氧化还原反应来实现电能和化学能的相互转化。根据活性物质的不同，液流电池可分为全钒液流电池、铁铬液流电池、锌溴液流电池等。其中，全钒液流电池以成本低、寿命长、能效高、无不同离子间交叉污染等优势，使得其成为目前技术最为成熟、产业化程度最高的液流电池技术，现已处于产业化初期。

钒电解液作为液流电池的核心部分，是进行电能储存的场所，其直接影响着全钒液流电池的成本和性能。目前，商业上普遍采用V^3.5+(即溶液中V⁴⁺:V³⁺＝1:1)作为全钒液流电池的初始电解液，主要通过电化学还原、化学还原等方法将高价态的钒，如V₂O₅、VOSO₄等转化为低价态的钒，以用做全钒液流电池的电解液。电化学还原方法主要是电解还原法，电解法是将利用高价的钒氧化物溶解在酸溶液作为负极电解液，正极电解液采用相同浓度的酸溶液进行电解，负极电解液还原得到V^3.5+电解液。此方法操作简单，不会引入新杂质，但存在电流效率低、能耗高等问题，导致电解液制备成本较高。化学还原法主要是利用甲酸、草酸、二氧化硫等还原剂通过氧化还原反应将钒的高价氧化物还原为低价态的V³⁺，此方法操作较复杂、合成量少、制备周期长、制备过程中易引入杂质。由于V^3.5+电解液的高成本问题(118$/kWh),全钒液流电池的应用规模被有所限制，因此国内外研究人员对V^3.5+电解液的制备进行着进一步的研究。

河钢股份有限公司公开了一种钒电解液的制备方法，以偏钒酸铵为原料，在还原气氛下进行煅烧，得到四氧化二钒和三氧化二钒的混合物并进一步酸溶，从而得到V^3.5+电解液(CN106941186A)。此方法得到的电解液杂质含量较少、钒损失较少，但其原料多钒酸铵的价格昂贵，还原氛围存在较大的安全隐患，对设备要求高，从而导致钒电解液的成本较高。

浙江浙能技术研究院公开了一种高纯度V^3.5+电解液的制备装置及方法，以相对廉价的甲酸、甲醇和草酸等作为还原剂，在铂、钌催化剂的作用下进行V^3.5+的制备(CN111106374A)。此化学还原方法相需要大量贵金属催化剂以及新设备，从侧面增加了成本，并且，制备周期较长，因此尚未进行工业化应用。