[发明专利]提高全钒液流电池运行效率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及全钒液流电池领域，特别是涉及一种提高全钒液流电池运行效率的方法。

背景技术

风能和太阳能等可再生能源的开发和利用为满足人类社会对电力不断增长的需求提供了切实可行的途径。但是，风能和太阳能受季节、地域以及时间的影响十分明显。因此，风能和太阳能发电具有随机性、间歇性和波动性。为平滑和稳定可再生能源发电的输出、解决发电与用电间的矛盾、提高电网的稳定性与安全性，有必要研究开发与新能源合理利用相配套的能量存储与转换器件，实现可再生能源的发电与终端用户的电力需求之间的匹配。

全钒液流电池具有功率和容量可独立设计、启动和响应速度快、电池主要部件材料可循环使用和安全性好等优点，是大规模储能的备选技术之一。全钒液流电池的正、负极活性物质以离子状态存储在电解液储罐中。电动泵将正、负极电解液经由管路在电池的反应腔体与储液罐间循环。全钒液流电池的反应腔体主要包括石墨集流板、碳毡电极以及离子交换膜。正、负极活性物质在碳毡电极表面发生氧化/还原反应后，电场驱动离子迁移通过隔膜，构成电池的内部电路，而电子则在外电路传递。理想情况下，透过隔膜的组分为质子、硫酸根离子、硫酸氢根离子等助电解质，被隔离的组分为各种价态的钒离子。

全钒液流电池充、放电的电极反应如下：

正极：

负极：

总反应：

全钒液流电池的电化学性能受环境温度、电解液流速、充放电电流密度、充放电电压范围、电极材料的活性、离子交换膜的电导率及阻钒性能等影响。目前，一般采用部分石墨化的碳毡为全钒液流电池的电极，采用Nafion膜做为该电池的离子交换膜。因此，为保证全钒液流电池高效、长寿命、安全运行，需研究电池运行时所需最佳环境温度、电解液流速、充放电电流密度和充放电电压范围。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够提高全钒液流电池运行效率的方法。

一种提高全钒液流电池运行效率的方法，所述全钒液流电池包括电池正极、电池负极、正极电解液储罐、负极电解液储罐、正极电解液、负极电解液和离子交换膜，包括以下步骤：

（1）将正极电解液以400-1000L/h的流速在所述电池正极和所述正极电解液储罐之间循环，将负极电解液以400-1000L/h的流速在所述电池负极和所述负极电解液储罐之间循环；

（2）操作温度为10-35℃，使所述正、负极电解液在电流密度为40-80mA/cm²、电压为0.8-1.65V下发生氧化或还原反应，完成全钒液流电池的充放电循环。

在其中一个实施例中，步骤（1）中所述正极电解液的流速为600-800L/h，所述负极电解液的流速为600-800L/h。

在其中一个实施例中，步骤（2）中所述操作温度为15-30℃。

在其中一个实施例中，所述电流密度为40-60mA/cm²。

在其中一个实施例中，所述正极电解液包括浓度为0.5-3.0mol/L的VOSO₄和浓度为0.5-3.0mol/L的H₂SO₄。

在其中一个实施例中，所述正极电解液中，VOSO₄的浓度为1.5-3.0mol/L，H₂SO₄的浓度为1.5-3.0mol/L。

在其中一个实施例中，所述负极电解液包括浓度为0.5-3.0mol/L的V₂(SO₄)₃和浓度为0.5-3.0mol/L的H₂SO₄。

在其中一个实施例中，所述负极电解液中，V₂(SO₄)₃的浓度为1.5-3.0mol/L，H₂SO₄的浓度为1.5-3.0mol/L。

在其中一个实施例中，所述离子交换膜选自质子交换膜、经Na⁺型化处理后的阳离子交换膜、经K⁺型化处理后的阳离子交换膜中的一种，或选自质子交换膜、经Na⁺型化处理后的阳离子交换膜、经K⁺型化处理后的阳离子交换膜中的两种或三种通过物理混合或化学聚合所形成的复合膜。