[发明专利]一种全钒液流电池电解液及其配制方法

说明书

本发明公开了一种全钒液流电池电解液的配制方法，原料包括五氧化二钒、硫酸、盐酸和草酸。所制得的电解液母液中正、负两极的S:V:Cl元素比均为4：2：2~3，便于正、负极混液平衡。本发明采用草酸为原料，减小了配制环节的危险性，且制得的电解液没有引入其他元素杂质，采用价格相对低廉的五氧化二钒，制得的全钒液流电池电解液成本低，导电效率高、适应温度范围广，在‑30~60℃的温度范围内均可以稳定工作，从而大大增加了全钒液流电池的适用地域。

技术领域

本发明涉及电池制造领域，具体涉及一种全钒液流电池电解液及其配制方法。

背景技术

全钒液流电池是一种以不同价态的钒离子溶液为正、负极活性物质的新型高效环保储能电池。与传统的蓄电池不同，钒电池具有容量大、可深度大电流放电、寿命长、活性物质可循环使用，无交叉污染、环保等优点，被广泛应用于智能电网调峰系统，大规模光电、风电转换系统，边远山区储能系统，不间断电源或应急电源系统，以及市政交通和军事设施等多个领域。

全钒液流电池主要由电池堆、电解液储罐、充放电控制系统等模块组成。电池堆由单体电池串联组成，单体电池由电极、隔膜、导电板等组成。电解液是为钒电池提供正、负极活性物质的核心材料，主要由正、负极活性物质及支持电解质组成。

全钒液流电池的电化学反应，标准电极电位和标准电动势如下：

负极：V²⁺-e＝V³⁺ E₀＝-0.25V

正极：VO₂⁺+2H⁺+e＝VO²⁺+H₂O E₀＝1.00V

电池：V²⁺+VO₂⁺+2H⁺＝V³⁺+VO²⁺+H₂O E₀＝1.25V

作为钒电池电极活性物质，电解液的浓度和体积决定了电池容量的大小，电解液的稳定性及温度适应性决定了电池的寿命和使用范围。因此，制备高稳定性、高浓度、高纯度、温度适应范围广和低成本的钒电池电解液仍然是目前研究钒电池的重要课题之一。

在温度大于40℃，充电之后的正极电解液容易析出V₂O₅沉淀；在温度小于10℃时，放电之后的负极电解液容易析出V₂(SO₄)₃结晶，导致电池管路堵塞，影响全钒液流电池的温度适用范围。目前解决这一问题的通常方法是使用昂贵耗能的电解液温控装置，采用这种措施大大限制了全钒液流电池的推广应用。

虽然近年来人们对全钒液流电池正、负极电解液的高低温稳定性做了大量研究，也提出了很多稳定剂配方，但至今未发现一种配方能有效的解决全钒电解液的正、负极稳定性。

此外，为了降低全钒电解液的制备成本，Skyllas-Kazacos课题组放弃了直接使用VOSO₄为原料制备，而改用廉价的V₂O₅等钒化物为原料制备，作了一些开创性研究。他们详细研究了V₂O₅等钒化物的溶解过程，并向其硫酸溶液中通入草酸等还原剂制备各种价态的钒电解液，该方法可以极大地降低钒电解液的制备成本。但是这种方法温度适应性较差，无法满足更高的环境要求。

发明内容

为了克服上述全钒液流电池电解液存在的部分缺陷，提升全钒液流电池电解液的性能，本发明提出一种新的全钒液流电池电解液及其制备方法，具体发明内容如下：