[发明专利]一种含氯全钒液流电池负极电解液

说明书

技术领域

本发明属于储能液流电池技术领域，特别涉及一种含氯全钒液流电池负极电解液。

技术背景

全球非可再生能源的不断开采，必将引发了巨大的能源枯竭和环境污染等问题，为了环节和解决能源危机这一重大问题，可再生能源的开发和使用已经迫在眉睫。虽然风能、太阳能等可再生能源的已经进入大规模开发阶段，但是由于风能、太阳能等可再生能源的不稳定性，对电网造成了巨大的冲击，严重影响电网的稳定运行。因此，研究和开发高效率、低成本、高稳定性的大容量的储能系统来将不稳定的风能、太阳能等可再生能源储存，然后稳定的供给电网，稳定电网输出。在众多的储能系统中，氧化还原液流电池系统具有电池与容量独立设计性、无固相反应、价格便宜、高稳定性、高可靠性、维护简单、维护费用低等优点，所以近些年，氧化还原液流电池得到了迅猛的发展。

在氧化还原液流电池中，全钒氧化还原液流电池（Vanadium Redox Flow Battery）得到了更多的关注，由于其以不同价态的钒离子形式存在于硫酸溶液中，通过外接泵将钒离子硫酸溶液压入电池中，并且在每个半电池内形成循环的闭合回路。正、负半电池之间通过离子交换膜隔开，钒离子硫酸溶液平行流过电极，通过双电极板收集和传导电流，进而使储存在钒离子硫酸溶液中的化学能转化为电能。但是研究者发现，在全钒液流电池充电运行过程中，由于正负极平衡电位升高速度的不同，具体表现为负极平衡电位升高速度大于正极平衡电位升高速度，致使正极电解液反应相对不完全，导致正极电解液利用率较低。并且在多循环运行时，由于负极平衡电位升高速度大于正极平衡电位升高速度影响产生的叠加效应，进而使得电解液容量衰减较快。

发明内容

为了解决这个问题，本发明人通过大量实验研究，终于得出一种方法可以直接有效的解决因电池充电时，负极平衡电位升高速度大于正极平衡电位升高速度所引起的电池电解液利用率较低和电池多循环运行时容量衰减较快的问题。

本发明提供一种含氯全钒液流电池负极电解液，其包含含氯添加剂，所述含氯添加剂为正氯酸、偏氯酸、亚氯酸、次氯酸和高氯酸及其氯盐、含氯有机物中的一种或多种；所述含氯添加剂在负极电解液中钒浓度为0.5mol/L～4mol/L，硫酸根浓度为1mol/L～5mol/L，氯离子的浓度为0.1mol/L～6mol/L。

本发明提供一种含氯全钒液流电池负极电解液，所述含氯添加剂在负极电解液中氯离子的浓度为0.5mol/L～6mol/L。优选含氯添加剂在负极电解液中氯离子的浓度为0.5mol/L～5mol/L之间；更优选含氯添加剂在负极电解液中氯离子的浓度为1mol/L～4mol/L之间；再优选含氯添加剂在负极电解液中氯离子的浓度为1.5mol/L～3.5mol/L之间；最优选含氯添加剂在负极电解液中氯离子的浓度为2mol/L～3mol/L之间。

本发明的有益效果为：

本发明使用含氯负极电解液，在电池充电过程中，降低了负极平衡电位升高速度，达到了正负极平衡电位同步升高的目的，提高了电解液的利用率，并且在电池多循环运行时降低电池的容量衰减，一定程度降低电池维护成本；另一方面降低电池极化，提高电池的电压效率。本发明制备工艺简单、操作容易、成本低、使用寿命长。

附图说明

图1是实施例1、2、3、4、5与对比例的电解液利用率对比图；

图2是实施例1、2、3、4、5与对比例的电池电压效率对比图；

图3是实施例5与对比例的电池充放电曲线对比图；

图4是实施例5与对比例的电池100个循环容量衰减对比图。

具体实施方式

本发明提供一种含氯全钒液流电池负极电解液，下面的实施例和附图只是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。

下面实施例中所选用的液流电池体系为全钒氧化还原液流电池（Vanadium Redox Flow Battery，简称VRFB），具体说明如下：

1.该电池由1节单电池组成；

2.该电池电极面积为50cm²；

3.钒电解质溶液中钒离子浓度为1.5mol/L，硫酸根浓度为3mol/L；

4.电池恒流充放电的电流密度为80mA/cm²；

5.单节电池充放电截止电池分别为1.55V和1.0V；

6.正、负极电解液储液罐内各装入60mL钒电解质溶液。

实施例1