[发明专利]全钒离子氧化还原液流电池电解液的脉冲电解制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池制造及能量存储领域，具体为一种全钒离子氧化还原液流电池电解液的脉冲电解制备方法。

背景技术

全钒离子氧化还原液流电池，简称钒电池，是一种新型绿色环保电池。作为一种液流电池，其能量以正负极电解液的形式储存，正负极反应分别为：

正极反应：VO₂⁺+2H⁺+e^-→VO²⁺+H₂O    E₀＝1.00V

负极反应：V³⁺+e^-→V²⁺              E₀＝-0.26V

正负极电解液各由一个泵驱动，在离子交换膜两侧的电极上分别发生还原和氧化反应，完成充放电循环。

电解液是钒电池能量存储与释放的关键材料。计算表明，电解液的成本约占储能系统总成本的50％以上，实验结果也表明电解液的纯度等基本性质决定了电池的运行性能和稳定性。电解液的质量与成本是决定钒电池储能系统性能和成本的重要因素，因此必须获得高质量、低成本的电解液的实用化制备技术，这成为钒电池的产业化发展的瓶颈之一。

目前采用的电解液制备方法主要有：

1)化学法：

硫酸氧钒(VOSO₄)直接配制。该方法简单，但成本高，只适用于实验室规模的研究工作。

五氧化二钒(V₂O₅)的化学法还原制备。该方法虽然可以降低成本，但引入还原剂(单质硫，草酸等)，无法清除反应后电解液中的杂质，不能保证电解液的纯度，电池运行效率较低。

钒渣/钒矿物的直接提钒浓缩制备。该方法工艺复杂，且受钒产地的地域限制，不适合于实际生产。

2)电化学法：

主要V₂O₅的电解法制备。该方法采用电解池进行恒流直流电解，速度慢(约0.05L/h)，耗能大，制备成本高，不适合于大批量生产。

上述方法都不能保证钒电池电解液的低成本和高质量制备，满足实用化需要。

发明内容

本发明针对以上问题，提出一种低成本、高质量的全钒离子氧化还原液流电池电解液的脉冲电解制备方法，该方法的电流效率比普通直流电解提高一倍，电解液的生产速度提高一倍，电解液的杂质含量低于5‰。

本发明的技术方案为：

以五氧化二钒(V₂O₅)为原料，在含有一定浓度的硫酸水溶液的电解池中进行脉冲电解，通过控制脉冲参数，实现钒电池电解液的快速、低成本制备。制备方法如下：

1、脉冲电解方法通过电解池实现，电解池由正负半池构成，中间用阳离子交换隔膜隔开，正半池中插入的电极与直流脉冲电源的正极相连，负半池中插入的电极与直流脉冲电源的负极相连。正负电极采用高纯石墨电极或尺寸稳定性电极(DSA电极，DimensionallyStable Anode)。电解池正负半池均为相同浓度的硫酸水溶液。

2、电解初始时，正负半池内为浓度相同的硫酸水溶液，浓度为2～8mol/L，最佳浓度为3～7mol/L。电解过程中，不断向负极池中加入V₂O₅粉末，其中硫酸与V₂O₅总量的摩尔比为(1∶1)～(6∶1)，最佳摩尔比为(2∶1)～(5∶1)，加入速度为：10～100克/分钟。搅拌下，进行脉冲电解。电解完毕后，将负半池电解所得溶液进行过滤，得到所需的电解液。钒离子在电解液中的浓度为0.1～3mol/L，较佳为1～2mol/L。

3、电解方式采用恒流脉冲电解，平均电流密度为20～500mA/cm²，频率为200～2000Hz，占空比为20％～80％；优选范围为：平均脉冲电流密度为50～350mA/cm²，频率为500～1800Hz，占空比为20％～60％。

本发明的优点：

本发明以V₂O₅为原料，采用脉冲电解制得钒电池所需的电解液，与传统的直流电解相比，制备速度快，电流效率高，电池充放电性能相同，工艺方法简单，原料及操作成本低，可以得到实用化的高质量、低成本的钒电池电解液。

附图说明