[发明专利]一种基于大电流脉冲技术的钒溶液价态快速调控方法

说明书

本发明公开了一种基于大电流脉冲技术的钒溶液价态快速调控方法，涉及储能电池领域。该方法以高价态钒电解液、低价态钒电解液、价态失衡的钒电解液为主要原料，通过采用脉冲方式，在电解池中进行电解，制得钒离子价态符合钒电池所需的电解液；所述电解池由正、负两个半电池组成，两个半电池由隔膜隔开，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，控制脉冲电解参数进行电解。本发明方法操作简单易行，可以快速调节电解液的钒价态，并可获得指定钒价态的电解液，能够满足不同情况下的使用需求，应用前景非常广阔。

技术领域

本发明涉及储能电池技术领域，特别是一种基于大电流脉冲技术的钒溶液价态快速调控方法。

背景技术

全钒氧化还原液流电池(钒电池)是利用不同价态的钒离子间的氧化还原反应进行能量储存与转化的二次能源系统。其特点是：无排放污染、容量可调、循环寿命长、可深度大电流密度放电、充电迅速、能量转化率高。钒电池作为储能电源主要应用在电站调峰、大规模光电转换、风能发电的储能电源以及作为边远地区储能系统，不间断电源或应急电源系统。

随着钒电池的充放电，正负极电解液间会产生钒离子迁移、负极电解液中二价钒离子氧化、负极析氢等，导致正负极电解液中钒离子的浓度和价态不相匹配。当电解液的利用率达不到设计时的要求时，需要更换新的钒电解液，导致了钒电池储能成本的增加。

目前采用较多的价态调节方法，包括化学还原及氧化、气体还原及氧化以及低电流密度的直流电解(200mA/cm²)的方法。化学法容易引入杂质离子，而且钒离子的氧化还原反应程度不受控；直流电解法，为控制电化学反应终点，需要采用较低的电流密度，导致调节时间过长，速度慢，成本也不同程度的增加。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种基于大电流脉冲技术的钒溶液价态快速调控方法，克服了化学还原、低电流直流电解等方法的存在技术局限，该方法工艺简单、条件温和，耗时短，价态易控。

本发明公开了一种基于大电流脉冲技术的钒溶液价态快速调控方法，以高价态钒电解液、低价态钒电解液、价态失衡的钒电解液为主要原料，通过采用脉冲方式，在电解池中进行电解，制得钒离子价态符合钒电池所需的电解液；所述电解池由正、负两个半电池组成，两个半电池由隔膜隔开，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，控制脉冲电解参数进行电解。

进一步地，电解时，当钒溶液价态需要升高时，正半池为钒溶液，负半池为硫酸溶液；当钒溶液价态需要降低时，负半池为钒溶液，正半池为硫酸溶液。

进一步地，所述高价态钒电解液包括VO₂⁺和VO²⁺；所述低价态钒电解液包括V³⁺和V²⁺；所述价态失衡的钒电解液中V³⁺与VO²⁺的比值偏离1:1。

进一步地，所述正极和负极均采用石墨电极或尺寸稳定性电极；正负半池的硫酸溶液浓度为2～8mol/L。

进一步地，电解方式采用恒流脉冲电解，平均电流密度为200～2000mA/cm²，频率为200～2000Hz，占空比为20％～80％。

进一步地，所述正极为铂电极、金电极、钛基二氧化铅电极、钛基贵金属氧化物涂层电极、钛基铂电极以及亚氧化钛电极的任意一种。

进一步地，所述负极的电极材料包括金属材料、碳材料、导电陶瓷材料中的至少一种；其中，所述金属材料包括钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、铌、钽、锆、钨、铈、铝、铋、铼、钡、锇、锡、铅、金、银、铂、钯、铱、铑、钼、钌中的至少一种；所述碳材料包括石墨、玻璃碳、硼掺杂金刚石、活性炭、石墨烯、碳纤维、碳纳米管、碳海绵、碳毡、石墨毡中的任意一种。