[发明专利]一种铅单液流电池高效稳定电解液及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铅单液流电池高效稳定电解液及其制备方法，电解液为甲基磺酸铅、甲基磺酸、氟硼酸和硼酸混合溶液，甲基磺酸铅的浓度为2‑3mol/L，甲基磺酸的浓度为0.5‑1mol/L，氟硼酸的浓度为0.5‑1.5mol/L，硼酸的浓度为0.1‑0.5mol/L和适量的添加剂。本发明的电解液可以使铅单液流电池在‑40℃～50℃高效稳定地充放电运行。铅单液流电池‑40℃～50℃下运行平均库伦效率基本在92％以上，能量效率在71％以上。

技术领域

本发明属于铅单液流电池技术领域，涉及一种满足铅单液流电池在-40℃～50℃温度范围内能够高效稳定运行的电解液，还涉及该铅单液流电池在-40℃～50℃高效稳定电解液的制备方法。

背景技术

铅单液流电池正负极无隔膜且采用单一储液罐和单一电解液，通过耐腐蚀循环泵不断的将储液罐中的电解液输送到正负极表面的反应场所并形成液流回路。其储电活性物质以固体的形式沉积在电极表面，放电时沉积层溶解为活性离子溶于电解液中。结构设计简单，易于模块化。原材料和生产成本低廉，运行稳定。运行管理简单，安全可靠，环境友好，即使失效时发生短路也无爆炸的隐患，且便于就地低成本维护，使用寿命长。目前铅单液流电池所用电解液主要以甲基磺酸为基质溶液配制出甲基磺酸铅+甲基磺酸的混合溶液。在充电时溶液中高度可溶的Pb²⁺分别在正、负极上发生氧化、还原反应生成具有优良导电性的PbO₂和Pb固体沉积在电极表面，放电时正、负沉积物PbO₂和Pb发生还原、氧化反应生成Pb²⁺溶解在电解液中，从而实现充放电循环，完成储能和用能的过程。目前本实验室研究阶段和产业化推广示范已取得重大突破和进展，循环次数突破2000次且库仑效率和能量效率分别高达95％和76％，运行稳定性较好。

但是针对铅单液流电池大规模储能技术需配合光伏风能可再生能源建立分布式储能电站的应用定位，以及在我国富集可再生能源的西北和华北或者南海等地区气候环境，铅单液流电池需在极端气候条件下(北疆极冷或南沙极热)配合微网电站系统工作。而经过实验室初步的研究发现传统的电解液(甲基磺酸铅+甲基磺酸)使用温区仅为-20℃～50℃。随着温度从20℃降至-20℃，铅单液流电池的库伦效率从96.2％大幅度衰减到85.4％，能量效率从80％衰减到57.8％。且随着温度从20℃降至50℃，铅单液流电池的库伦效率从96.2％大幅度衰减到89.4％，能量效率从80％衰减到78.1％。

在这种形势下，研发出适用于铅单液流电池正常运行且可拓宽电池的使用温区，并能提高其低温和高温下循环性能的电解液及其制备方法，以期改进该液流电池在宽温度区间内循环使用性能，是完全必要的。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种铅单液流电池高效稳定电解液，解决了现有技术中铅单液流电池适用温区窄且高低温性能差的问题。

本发明的另一个目的是提供一种铅单液流电池高效稳定电解液的制备方法，同样解决了现有技术中铅单液流电池适用温区窄且高低温性能差的问题。

本发明所采用的第一个技术方案是，一种铅单液流电池高效稳定电解液，由甲基磺酸铅、甲基磺酸、氟硼酸、硼酸、添加剂和去离子水组成。

本发明所采用的另一个技术方案是，一种铅单液流电池高效稳定电解液的制备方法，用于制备一种铅单液流电池高效稳定电解液，具体按照以下步骤实施：

步骤1、配制含有甲基磺酸铅、甲基磺酸、氟硼酸及硼酸的电解液；

步骤2、将步骤1中所得电解液加入添加剂，定容得到铅单液流电池高效稳定新电解液。

本发明的特点还在于：

甲基磺酸铅的浓度为2-3mol/L，所述甲基磺酸的浓度为0.5-1mol/L，氟硼酸的浓度为0.5-1.5mol/L，硼酸的浓度为0.1-0.5mol/L，其中甲基磺酸和氟硼酸的摩尔浓度比为1:1–1:1.5。