[发明专利]提高钒电池电解液电化学活性的方法

说明书

本发明公开了一种提高钒电池电解液电化学活性的方法，本发明通过加入还原氧化石墨烯来提高电解液整体的导电率，并且能够在电解液中形成可以使导电离子自由穿梭的网格载体，加快导电离子的传导效率，提升钒电池的整体电化学性能；本发明所采用的还原氧化石墨烯和常用的电极材料碳纤维毡的成分相似，能够兼具碳纤维毡的特性，从而进一步提高电极材料的性能；本发明所采用的还原氧化石墨烯相较于直接由石墨生产出的石墨烯更具性价比，适用于大规模生产；本发明不会对电解液本身产生较大影响，也不会影响钒电池其他组件的稳定使用；本发明的工艺流程简单、反应条件温和作，不会对环境造成污染。

技术领域

本发明涉及钒电池生产技术领域，尤其是一种提高钒电池电解液电化学活性的方法。

背景技术

全钒液流电池是目前发展迅猛的具有绿色环保、安全可靠标志的新型储能电池，无论是在低温还是高温下，全钒液流电池比锂电池及铅酸电池都更加安全与可靠，目前已在风能、太阳能储能以及电站调峰方面得到部分工业应用。钒电解液是钒电池的关键组成部分，其性能直接决定着钒电池的性能和循环使用寿命，但受限于钒在水中的溶解度，导致电解液能量密度低这一问题很大程度上限制了钒电池的规模化应用。

目前商用电解液的利用率普遍在65～70％之间，能量密度不超过17Wh/L，通过将硫酸支持电解质改为硫酸和盐酸的混酸体系或者是提高钒在电解液中的浓度虽然都对利用率或者能量密度的提升具有一定作用，但是也会带来稳定性降低或者使电解液腐蚀能力增强等一系列问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种提高钒电池电解液电化学活性的方法，能够提升导电离子传导效率，提升钒电池整体的电化学性能。

为解决上述技术问题本发明所采用的技术方案是：提高钒电池电解液电化学活性的方法，包括以下步骤：

步骤一、根据需要配制的电解液浓度来称取相应量的硫酸氧钒固体，加入蒸馏水溶解后，加热直至硫酸氧钒固体完全溶解后过滤得到四价钒原液，在四价钒原液中再加入硫酸并加水稀释到所需的浓度即得到四价钒电解液，将四价钒电解液放入电解槽进行电解，当反应进行到V⁴⁺：V³⁺＝1：1时，停止反应，取出置于容器待用；

步骤二、称取鳞片石墨和硝酸钾加入到浓硫酸中进行搅拌，然后加入高锰酸钾粉末继续搅拌并加热升温，在升温过程中分多次加入蒸馏水，停止加热后逐滴滴加过氧化氢，继续搅拌得到反应产物，静置分层后倒出上层清液，并加入蒸馏水搅拌均匀后再次静置分层，重复进行上述洗涤；

步骤三、将洗涤后的上层水凝胶放入离心机中进行离心，得到氧化石墨烯水凝胶样品，取一定量的氧化石墨烯水凝胶样品放入聚四氟乙烯反应釜内衬中，再向反应釜中加入N-甲基吡咯烷酮，转入烘箱中加热，反应结束后取出冷却至室温；

步骤四、将冷却后的样品用去离子洗涤后放入真空冷冻干燥机中进行冷冻干燥，抽真空后维压一段时间取出，取出后放入鼓风干燥剂中干燥去除表面水分，得到还原氧化石墨烯样品；

步骤五、将所得还原氧化石墨烯样品加入步骤一种所得的四价钒电解液中，经过超声震荡后静置即可。

进一步的是：所述步骤二中，鳞片石墨的称取量为0.3～0.7g，硝酸钾的称取量为0.3～0.7g；浓硫酸为15～25ml。

进一步的是：所述步骤二中，鳞片石墨和硝酸钾加入到浓硫酸中在0～4℃的温度下磁力搅拌20～40min；加入高锰酸钾粉末后在0～4℃的温度下磁力搅拌1～2h，然后升温至35～45℃继续搅拌1～2h，反应结束后再在0～4℃的温度下磁力搅拌30～60min，升温至55～70℃继续搅拌30～60min。

进一步的是：所述步骤二中，滴加质量分数为30％的过氧化氢5～10ml，磁力搅拌30～60min；重复洗涤次数为6～8次。