[发明专利]一种纳米复合钒电解液及其制备方法和包括其的静态钒电池

说明书

本发明涉及一种纳米复合钒电解液及其制备方法和包括该电解液的高能钒电池，所述电解液包括钒活性物质、酸和纳米材料，其中静态钒电池电解液钒活性物质为3.5‑7.0M，优选4‑6M的3.5价态钒离子；酸为硫酸和磷酸，酸的浓度为3.0‑6.0M，优选3.5‑5.5M，其中纳米材料为静态钒电池电解液的质量分数的0.5‑10％，优选2‑8％。

技术领域

本发明涉及一种纳米复合钒电解液及其制备方法和包括其的静态钒电池。

背景技术

静态钒电池是一种新型的储能产品，其电解质吸附在电极中，紧密压覆在耐酸的框中。静态钒电池电解液是由高浓度钒离子、酸和稳定剂组成。钒电解液作为钒静态电池的核心材料，其浓度的高低直接影响到钒静态电池的能量密度，提高电解液的浓度，从本质上提高了钒静态电池的能量密度。静态钒电池结构简单，可以做成方形或者圆柱形。它不需要类似传统液流钒电池所需的输送系统及存储罐等，电解液非流动型，消除漏液的安全隐患。钒静态电池省略了泵和储罐的使用，降低了成本、不需要复杂的流道，简化设计和加工、降低了旁路电流和无用的能耗损失，可用于手机、低速电动车、太阳能储能、风能储能、UPS、通讯基站、电网调峰等领域及铅酸电池的市场应用方面均可替代。

全钒液流电池，是一种活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池。钒电池电能以化学能的方式存储在不同价态钒离子的硫酸电解液中，通过外接泵把电解液压入电池堆体内，在机械动力作用下，使其在不同的储液罐和半电池的闭合回路中循环流动，采用质子交换膜作为电池组的隔膜，电解质溶液平行流过电极表面并发生电化学反应，通过双电极板收集和传导电流，从而使得储存在溶液中的化学能转换成电能。这个可逆的反应过程使钒电池顺利完成充电、放电和再充电。全钒液流电池能量密度低，大概只有24Wh/kg左右，又因为是液流电池，占地面积大，不适合移动。

静态钒电池是将存储在电解液中的能量转换为电能，是通过两组不同类型的、被一层隔膜隔开的钒离子之间进行交换电子来实现的。由于这个电化学反应是可逆的，所以静态钒电池既可以充电，也可以放电。充放电时随着两种钒离子价态的变化，电能和化学能能相互转换。静态钒电池的标称电压为1.25V，电压是个单元电压串联而成，电流是由电池单位内电极的表面积决定。

肖玉璋在CN1507103A专利中提出高能静态钒电池，此专利中高能静态钒电池的电解液中含高浓度钒离子和稳定剂。其稳定剂可以防止高浓度钒离子析出。但此专利中未提到，在充放电过程中，正负极电解液容易发生钒和水的迁移导致电池两侧体积不一致，导致电池一侧最终贫液，而发生过充，最终导致电池损坏。

专利201080058340.X中其静态钒电池是正负极都是采用钒盐作为活性物质，将钒盐溶解在硫酸中，然后干燥多余水分成为固态活性物质，制作工艺繁琐，需要真空干燥。此配方中未加入任何稳定剂，电解液在充放电过程中容易产生枝晶，影响寿命。同时也未提及如果防止钒迁移的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术中电池在充放电过程中正负极电解液的结晶问题和钒、水迁移导致两侧体积和浓度不一致，其中一极由于缺液会导致电解液结晶，电池在充放电过程中发生过充，容量衰减，电池损坏，提出一种纳米级钒静态电池电解液，它包括多孔型的纳米材料，其比较面积比较大，容易与钒离子结合形成聚合体，形成三维网络，增加了分子的体积来减缓电解液中钒、水的迁移和钒离子结晶。

本发明提出的一种纳米复合钒电解液包括钒活性物质、酸和纳米材料，其中钒电解液钒活性物质为3.5-7.0M，优选4-6M的3.5价态钒离子；酸为硫酸和磷酸，酸的浓度为3.0-6.0M，优选3.5-5.5M，其中纳米材料为静态钒电池电解液的质量分数的0.5-10％，优选2-8％。