[发明专利]一种钒电池负极电解液及其制备方法

说明书

本发明涉及一种钒电池负极电解液及其制备方法。其技术方案是：按硫酸∶还原剂∶五氧化二钒的摩尔比为(2～5)∶(0.5～1.5)∶1配料，搅拌，即得混合物；按五氧化二钒与去离子水的固液比为(0.2～0.9)∶1Kg/L，向混合物中加入去离子水，搅拌，过滤，收集液相，得到电解液I；将电解液I置于电解槽负极室，再向电解槽正极室加入硫酸溶液，在电流为1～3A的条件下恒流电解至负极室的电解液钒价态为3价，得到电解液II；按电解液II中钒离子∶复合增渗溶质的摩尔比为(10～30)∶1，向电解液II中加入复合增渗溶质，混合搅拌，制得钒电池负极电解液；本发明成本低和工艺简单，所制备的钒电池负极电解液不仅电化学性能良好且能降低钒离子的跨膜渗透。

技术领域

本发明涉及钒电池电解液技术领域。具体涉及一种钒电池负极电解液及其制备方法。

背景技术

电解液作为钒电池的关键部分，承载着钒电池的活性物质，且活性物质的浓度和电解液的体积直接决定着电池的能量密度和容量，所以电解液的性能好坏影响着钒电池的性能。钒电池电解液分为正极和负极电解液，五价和四价钒离子作为正极活性物质，三价和二价钒离子作为负极活性物质，由于不同价态的钒离子物化性质不同，使得正极和负极电解液的理化性质也存在差异。经研究发现，负极反应的传质过程和电化学过程均滞后于正极，且钒离子的跨膜渗透方向是由负极趋向正极。因此制备高电化学性能、钒离子跨膜渗透量少的负极电解液对改善钒电池性能和扩大钒电池商用有重要意义。

“钒电池负极电解液及降低钒电池负极电解液黏度的方法(CN106450402A)专利技术，该技术将有机羧酸或者氨基酸或者高分子聚合物加入到负极电解液中，降低了负极电解液的粘度并提高负极电解液的电化学活性；“一种提高全钒液流电池负极电化学活性的方法”

(CN112993356A)专利技术，该技术通过向负极电解液中加入一定量银离子，提高了负极电化学反应活性，同时提升了电池的电压效率和能量效率，但成本较高。上述方法中电解液电化学性能的提升对电池性能的改善起到了有益效果，但钒离子的跨膜渗透量未得到降低。

“一种全钒离子氧化还原液流电池电解液的制备方法”(CN102637892A)专利技术，该技术在正负极电解液中加入糖类有机物虽使电解液钒浓度和稳定性提升，但过多的糖类有机物会增加电解液粘度，对电解液的电化学性能有不利影响。

“一种全钒液流电池负极电解液及其降低负极钒离子迁移的方法”(CN11313071A)专利技术，该技术利用草酸或者草酸钠或者草酸钾与钒离子之间具有较强的络合能力，来增加钒离子跨膜渗透的阻力，降低了负极电解液中副反应的发生速率，从而提高电池性能，但该络合剂对负极电解液电化学性能的改善较弱。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种成本低和工艺简单的钒电池负极电解液的制备方法，用该方法制备的钒电池负极电解液的电化学性能好，钒离子向正极电解液跨膜渗透量少。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案的具体步骤如下：

步骤一、按硫酸∶还原剂∶五氧化二钒的摩尔比为(2～5)∶(0.5～1.5)∶1，将所述硫酸、所述还原剂和所述五氧化二钒混合，常温条件下搅拌2～3h，即得混合物。

步骤二、按五氧化二钒与去离子水的固液比为(0.2～0.9)∶1Kg/L，向所述混合物中加入去离子水，在45～95℃条件下搅拌3～5h，过滤，收集液相，即得电解液I。

所述五氧化二钒的纯度≥98％。

步骤三、将所述电解液I置于电解槽负极室，再向电解槽正极室加入硫酸溶液，所述硫酸溶液与所述电解液I中的酸度相同；接通电源，在电流为1～3A的条件下恒流电解至负极室的电解液钒价态为3价，即得电解液II。