[发明专利]一种以硫化亚铁为还原剂的全钒液流电池电解液制备方法

说明书

本发明公开了一种以硫化亚铁为还原剂的全钒液流电池电解液制备方法。具体按照如下操作步骤：将固体V₂O₅粉末和硫化亚铁分散在稀硫酸溶液中后形成均匀分散的固溶物，通过高温搅拌过程，硫化亚铁溶于稀硫酸生成还原剂硫离子，高温下与V₂O₅发生氧化还原反应，最终形成三价钒离子和二价铁离子的硫酸溶液。随后按照化学计量比将V₂O₅粉末加入到三价钒离子和二价铁离子的硫酸溶液中均匀搅拌，最终得到3.5价钒离子和二价铁离子溶液，作为全钒液流电池混合电解液。本发明制备工艺操作简单、节能环保、成本低、同时能够实现电解液在电池中的稳定运行。

技术领域

本发明属于全钒液流电池电解液制备领域，具体涉及一种以硫化亚铁为还原剂的全钒液流电池电解液制备方法。

背景技术

全钒液流电池是一种新型无污染化学储能电源，具有寿命长、可深度充放电、易操作和维护的特点。VFB主要应用于风力发电、太阳能发电等大规模可再生能源发电的储能系统以及电厂调峰平衡负荷等领域。电解液是VFB电化学反应的活性物质，是电能的载体，其质量直接决定了VFB的储能能力，根据不同的应用配置，电解液的成本能够占到储能系统的30％～60％，因此寻求一条有效的制备电解液的路径，降低VFB的生产成本，对推进加快VFB商业化和实用化的速度十分重要。VFB采用不同价态钒离子的硫酸溶液作为电解质，通常正极电解液采用四价钒离子溶液，充电被氧化为五价钒离子溶液；负极电解液采用三价钒离子溶液，充电还原为二价钒离子溶液，所以制备三、四价钒离子溶液对实际现场操作至关重要。

但是，V₂O₅在水中溶解度很小，在酸中也不易溶解，所以无法直接用硫酸溶液作为VFB的电解液，需要对其进行还原处理，处理的方法主要有化学还原法和电解还原法。化学法主要是以钒氧化物或其它钒盐为原料，在一定浓度的硫酸溶液中加热并加入还原剂(如S、SO₂等)使其溶解并还原为低价易溶的钒化合物，从而制得一定浓度的钒电解液。化学合成法方法的优点是生产设备简单，但固体的溶解速度慢，加入的还原剂会残留在钒电解液中难以根除，影响钒电解液的纯度和性能。电解还原法可以克服化学法存在的缺点，但是因为V₂O₅粉末的溶解度低，导致初始电解液为浆态料，存在初始电解质浓度低，易沉淀等问题。

另一方面，无论是正极还是负极，全钒液流电池电解液活性物质的溶解度均较低，过高的浓度会导致溶解度下降以及在反应过程中不稳定的问题。因此，很多研究者在考虑是否采用混合混合电解液增加全钒液流电池的容量。其中，在正负极中均添加二价铁离子，利用铁离子合适的电位区间可以有效的增加全钒液流电池的容量，因而被广泛重视。但现有的方法中，并没有考虑在电解液制备过程中利用含铁化合物本身的还原性作为电解液的还原剂，而是在电解液制备完成后人为加入二价铁离子。导致生产和应用的脱节。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以硫化亚铁为还原剂的全钒液流电池电解液制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提出了利用硫化亚铁作为还原剂还原V₂O₅的方法。原有的硫单质还原剂本身还原能力较弱，而且硫单质为固体，与同为固体的V₂O₅很难做到均匀分散和接触，导致反应效率较低。而且，硫化亚铁还原V₂O₅后得到三价钒离子以及二价铁离子，可以一步法形成混合电解液。进一步，按照化学计量比将V₂O₅粉末加入到三价钒离子的硫酸溶液中均匀搅拌，最终得到3.5价钒离子和二价铁离子溶液，作为全钒液流电池混合电解液。

一种以硫化亚铁为还原剂的全钒液流电池电解液制备方法，具体包括如下操作步骤：