[发明专利]有机小分子作为全钒液流电池容量恢复添加剂的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机小分子作为全钒液流电池容量恢复添加剂的应用，属于液流电池领域。

背景技术

全钒液流电池(VFB)是一种新型蓄电池，它使用不同价态的钒离子溶液作为正负极活性物质，硫酸作为溶剂，具有循环寿命长、安全性好、能量效率高、可深度放电、资源节约等其它常规电池所不具备的诸多优点，被认为是最具商业化前景的储能技术之一。目前多国已经相继建成kW~MW级的全钒电池示范系统，配套于太阳能、风能等可再生能源发电系统起到平滑输出、跟踪计划发电、平衡负荷、削峰填谷等作用。

钒离子作为本电池系统中唯一活性导电存储载体，其在溶液中浓度及实际利用率决定着电池系统的充放电能力。由于氢离子交换膜的透过性，正负极钒离子不断随水分子迁移同时伴随着副反应的产生，全钒电池系统在经历长期充放电循环后，造成循环结束时正负极电解液浓度和价态严重失衡，正极剩余大量V⁵⁺离子，放电量降为初始电量的70%以下，严重影响了电池的使用性能。

因此，通过外在手段使正负极溶液恢复价态平衡是提高电解液利用率恢复电池性能的主要途径。现有的措施是对电解液进行再处理，将正极溶液通入外加电流使其由于副反应及迁移造成的价态失衡逐渐恢复平衡，即正极为纯V⁴⁺离子，负极为纯V³⁺离子。但此方法存在如下缺陷：1）配备大功率电解设备，设备成本高，耗电量大，伴随物力和人力消耗；2）电解操作势必在一定时间内中断系统运行，造成一定时间内系统无法放电，影响正常生产生活供电。目前各相关研究机构和企业尚没有报道过其他有效的使电池系统容量恢复的办法和思路。

发明内容

本发明的目的是提供一种有机小分子作为全钒液流电池容量恢复添加剂的应用方法，将由于长期副反应积累的正极V⁵⁺还原至V⁴⁺，从而彻底的恢复正负极价态平衡。该物质能够精确的恢复电池容量，在短时间内（2~5充放电循环数）能使正负极溶液中钒离子价态回复到平衡，使系统重新回到初始新溶液状态，恢复初始充放电容量。

有机小分子作为全钒液流电池容量恢复添加剂的应用，所述有机小分子为含有至少一个羟基的C_xH_yO_z有机分子中的至少一种，其中x=1~12。

全钒液流电池的正负极溶液在正常情况下，放电完毕后正极为纯V⁴⁺溶液，负极为纯V³⁺溶液。然而，经历一定数量循环后，副反应导致放电完毕时正极剩余部分V⁵⁺，正负极不能在同一状态开始充电，导致溶液利用率大大下降，容量恢复剂的作用使V⁵⁺回到V⁴⁺，系统回到初始状态。本发明将具有还原性的有机小分子化合物作为全钒液流电池的容量恢复剂，此类有机小分子添加入经多次循环、容量下降的电解液中，将V⁵⁺还原为V⁴⁺，从而达到恢复电池容量的目的。

化学反应方程式：mV⁵⁺+C_xH_yO_z=mV⁴⁺+xCO₂+y/2H₂O，

式中m为有机小分子被彻底氧化后所失去的电子总数。

由化学反应方程式看出，V⁵⁺在此反应中被还原为V⁴⁺，而有机物质被还原为CO₂和H₂O。

本发明所述有机小分子作为全钒液流电池容量恢复添加剂的应用，优选所述有机小分子选自C₁~C₆的醇类和C₁~C₆的有机酸类化合物中的至少一种。

本发明所述有机小分子作为全钒液流电池容量恢复添加剂的应用，优选所述有机小分子为C_6nH_12nO_6n，n=1或2，进一步优选为C₆H₁₂O₆。

除另有说明外，本发明中所指醇类、糖类、酸类、化合物均为饱和的醇类、糖类、酸类。本文中使用的术语“C₁~C₆的醇类”指C原子数为1~6的醇类，包括一元醇、二元醇和多元醇。类似的规则也适用于本说明书中使用的其他类化合物。