[发明专利]复合稳定剂优化的全钒氧化还原液流电池电解液的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电解液制备领域，具体涉及复合稳定剂优化的全钒氧化还原液流电池电解液的制备方法。

背景技术

全钒氧化还原液流电池是一种新型的绿色环保储能系统，与电能储存于固体电极中的传统电池相比较，全钒氧化还原液流电池则是不同价态的钒活性物质电解液体系，同时采用质子交换膜隔离正、负极电解液，为正、负极电解液提供质子传导通道。全钒氧化还原液流电池以其能量转换效率高、使用寿命长、容量可根据用户要求调节、高安全性和环境友好等优点而成为风能、太阳能等可再生能源和电能削峰、填谷等规模化储能最有发展前景的方法之一。

全钒液流电池的电化学性能与电极材料、电解液、隔膜、集流板等息息相关。电解液中的钒离子有空余d轨道，不仅易与配位体结合，钒元素之间也极易缔合，浓度越大，缔合度越大。同时，钒离子溶解度不大，高浓度的正极溶液在接近全充电状态时，会析出沉淀，导致电池无法正常使用。研究表明，V(Ⅴ)在高温下易沉淀，V(Ⅳ)、V(Ⅲ)、V(Ⅱ)在低温下易沉淀，沉淀的程度与搅拌速度、温度、钒离子及硫酸的浓度有关，也与电解质的充电状态有关。目前，国内外文献报道的全钒氧化还原液流电池电解液多采用总钒浓度为1.4～2.0mol/L的硫酸溶液体系。

目前，提高全钒氧化还原液流电池电解液稳定性的方法之一就是加入稳定剂，使电解液具有更高的活性，更宽的电化学窗口，可实现深度充放电。稳定剂主要包括糖、醇类、氨基酸、烷基磺酸盐、有机酸和无机酸及其相应的盐类物质等。有研究表明，通过添加复合的有机-无机盐(甘油-硫酸钠)来提高电解液稳定性，但稳定性的提高不太明显。

发明内容

本发明提供了一种复合稳定剂优化的全钒氧化还原液流电池电解液的制备方法，所得电解液稳定性得到提高，电解液具有较宽的电化学窗口和较高的比能量。

上述复合稳定剂优化的全钒氧化还原液流电池电解液的制备方法，包括以下步骤：

a、在去离子水中缓缓加入浓硫酸搅拌均匀，再于90～100℃加入五氧化二钒搅拌均匀，得到混合液，保温放置5h以上；

b、升温至110～135℃，搅拌下分批次加入草酸，然后加热至沸腾；

c、加入蒸馏水、浓硫酸，使硫酸浓度在3.0～4.5mol/L之间，之后停止加热，冷却得到钒离子溶液；

d、向钒离子溶液中加入复合稳定剂，得到复合稳定剂优化的全钒氧化还原液流电池电解液。

上述制备方法中，步骤a所述去离子水与浓硫酸的加入量为：使混合液中硫酸的浓度为3.5～5.0mol/L。

上述制备方法中，步骤a所述加入五氧化二钒的量为：使混合液中钒离子浓度为1.5～1.8mol/L。

上述制备方法中，步骤b所述草酸与五氧化二钒的摩尔比为1～1.25︰1。

上述制备方法中，步骤c所述的钒离子溶液，要求硫酸浓度为3.0～4.5mol/L，钒离子浓度为1.5～1.8mol/L。

上述制备方法中，所述复合稳定剂的添加量为钒离子溶液质量的1％～3％。

上述制备方法中，所述的复合稳定剂由乙二胺四乙酸、赖氨酸钠和硅酸锂组成。所述乙二胺四乙酸、赖氨酸钠和硅酸锂的摩尔比为1～2︰1～2︰1～2。

本发明提供的复合稳定剂优化的全钒氧化还原液流电池电解液的制备方法，涉及五氧化二钒的主要化学反应方程式：

V₂O₅+2H⁺→2VO₂⁺+H₂O

2VO₂⁺+H₂C₂O₄+2H⁺→2VO²⁺+2CO₂+2H₂O

本发明采用草酸还原法制备钒离子溶液，采用价格低廉的五氧化二钒和草酸为原料，制备工艺简单，操作简单安全、容易控制，成本低。反应过程中只产生二氧化碳和水，不产生其他废弃物，对环境友好。含-NH₂、-COOH、-OH、-Si＝O基团的物质为稳定剂，提高了全钒氧化还原液流电池电解液的稳定性，电解液具有较宽的电化学窗口和较高的比能量。

具体实施方式

复合稳定剂优化的全钒氧化还原液流电池电解液的制备方法，包括以下步骤：