[发明专利]一种钒电池电解液浓度在线检测的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种钒电池电解液浓度在线检测的方法，具体地说涉及一种采用紫外可见分光光度法，研究单价态的二价钒离子V(II)体系、三价钒离子V(III)体系和四价钒离子V(IV)体系，并在定性定量分析混合价态的二价钒与三价钒离子V(II)/V(III)混合溶液体系和三价钒与四价钒离子V(III)/V(IV)混合溶液体系的同时，在线快速分析检测钒电池电解液浓度的方法。

背景技术：

随着人们对燃煤和石油等造成大气污染等环境问题的日益关注以及全球普遍面临的能源紧张困境，可再生能源的研究与利用一直成为现代科学研究的前沿和热点。然而，风能、太阳能及小水电等可再生能源具有发电过程不稳定和不连续的特点。开发和建设配套的高效，廉价，安全以及低污染的蓄电储能装置，具有重大的理论意义和实际应用价值。

自1984年，澳大利亚新南威尔士大学(UNSW)Marria Kazacos提出全钒液流电池这一概念以来，全钒液流储能系统因其具有无污染、长寿命、高能量效率和维护简单等优点，在太阳能、风能储存和并网，以及电网调峰、偏远地区供电系统、不间断电源等领域展示出巨大的应用前景和研究潜力。

全钒液流电池(Vanadium Redox Battery，VRB)以化学能的方式存储在不同价态钒离子的硫酸电解液中，通过外接泵把电解液压入电池堆体内，在机械动力作用下，使其在不同的储液罐和半电池的闭合回路中循环流动，采用质子交换膜作为电池组的隔膜，电解质溶液平行流过电极表面并发生电化学反应，通过双电极板收集和传导电流，从而使得储存在溶液中的化学能转换成电能。

电池的主要结构包括端板、集流体、液流框、电极、隔膜等。其工作过程主要由正极电解液、隔膜、负极电解液控制。正极电解液的主要组成为V(V)和V(IV)离子的硫酸溶液，以及一些活性添加剂；隔膜一般采用美国生产的Nafion膜；负极电解液主要组成为V(III)和V(II)离子的硫酸溶液。

随着钒电池的研究和应用的发展，对钒电池电解液中各价钒离子作定量分析，特别是同时定量检测受到了很多研究者和企业的关注。从而，可以随时确切了解电池充放电过程中电化学反应发生的程度，控制电池的充放电过程。另外，及时了解电池充电过程中钒不同价态的定量转变，也可有效地监测钒电池的充电效率。显然，建立经济、简便有效的钒电池电解液的分析方法对钒电池的运行有着极其重要的作用。

目前，钒电池电解液的分析方法主要有氧化还原滴定法、电位滴定法、原子吸收法、紫外可见分光光度法、氧化还原电位法等。其中原子吸收法只能测试总钒离子浓度。而氧化还原电位法仍存在不够稳定(易分解)，选择性差(干扰多)等问题，电位滴定法需要滴定两份数据才能得到总钒离子浓度和电荷状态。紫外可见分光光度法可在其线性区间，不同吸收波长下测定相关价态的钒离子浓度，进而得到总钒离子浓度和电荷状态，并因其具有简便迅速的特点，有作为对钒电解液动态定量分析的潜质，并具有一定的商业应用价值。1994年，Kanji Sato，Kashima曾经报道过利用紫外分光光度法同时定量测定钒电池电解液的方法。但是，Kanji Sato的工作中只进行了定性分析，并没有做到定量同时检测电解液浓度。Jen-Fon Jena，Mei-Hwa Wu，Thomas C.Yang曾提出过以EDTA作为螯合剂，利用紫外光谱法测定V(IV)/V(V)体系。但是对于利用紫外分光光度法同时定性定量地测定钒电池的V(IV)/V(III)以及V(III)/V(II)的混合体系电解液尚无相关报道。

发明内容：

本发明的目的是提供一种操作简单而高效的钒电池电解液浓度在线检测的方法，利用紫外可见分光光度法定性定量地分析不同价态的单价态钒离子电解液体系和混合价态钒离子电解液体系，并对单价态和混合价态的钒离子电解液的浓度进行精确的在线检测，从而快速、简单地监控钒电池电解液中钒离子的价态变化，并弥补混合价态钒离子电解液体系在快速在线分析方面的空白。

为实现所述目的，本发明钒电池电解液浓度在线检测的方法，技术方案如下：