CN106876768A - 一种钒电池用电解液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钒电池用电解液及其制备方法。该电解液是将甲基磺酸加入电解得到的四价和三价钒离子电解液得到。本发明提出的电解液明显提高了钒电池电极反应活性和充放电的能量效率。
Description
技术领域
本发明涉及液流电池领域，更具体的涉及稳定性好、高浓度氧化还原全钒液流电池的电解液及其制备方法。
背景技术
全钒氧化还原液流电池通过不同价态的钒离子之间的相互转化实现电能的储存与释放，是化学电源中唯一使用同种元素组成的电池体系，它的优势在于避免了正、负半电池之间不同类活性物质相互渗透所产生的交叉污染，且不同价态钒离子作为电池正、负极活性物质，并分开储存正负极电解液，消除了电池储存过程中自放电，适用于规模化二次储能。
更具体地说，全钒液流电池中包括隔膜分开的正负两极，电极由活性物质和集流体构成；正极电解液由V4+/V5+离子硫酸溶液组成，负极电解液由V2+/V+3离子硫酸溶液组成。电池充电后，正极物质为V5+离子溶液，负极为V2+离子溶液；放电后，正负两极分别为V4+和V+3离子溶液，电池内部通过H+离子导电。
钒液流电池的核心是电解液的浓度决定能量密度，高浓度的电解液能够实现电池的高比能量，但是在实际使用中，高价态的钒物种会因浓度升高，温度升高产生沉淀现象，使得钒电池电解液的浓度只能保持在1.8mol/L左右，其能量密度只能达25Wh/kg。高浓度电解液的稳定性以及优良的电化学性能是钒电池进入产业化阶段急需解决的关键性问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种稳定性好、电化学性能好，新型的钒电池电解液及其制备方法。
一种钒电池用电解液的制备方法，包括正极和负极电解液的制备，包括以下步骤：
1)、制备钒电池正极电解液的母液：将五氧化二钒与硫酸的混合物置入两室电解槽的阴极室，电解槽的阳极室加入硫酸电解，制得四价钒离子电解液，即为钒电池正极电解液母液；
2)、制备钒电池负极电解液母液：将步骤1)的电解体系继续电解，得到三价钒离子电解液的母液；或者将制得四价钒离子电解液分别置于钒电池的正负极两室进行充电，充满后，负极室得到三价钒离子电解液的母液；
3)、将步骤1)与步骤2)得到的四价和三价电解液母液分别加入甲基磺酸，制备得到钒电池正极和负极电解液。
所述的步骤1)中是将五氧化二钒与0.01-18.4mol/L的硫酸溶液的混合物置入两室电解槽的阴极室；在电解槽的阳极室加入0.01-6.0mol/L的硫酸。
得到的正极或者负极电解液中：钒离子浓度为0.1-6mol/L；硫酸的浓度为0.01-6mol/L，甲基磺酸的浓度在0.01-12mol/L。
硫酸与甲基磺酸的摩尔比为：1∶0.01-1∶6。
本发明的钒电池用电解液是由上述方法制备得到的。
适用在本发明中的钒电解液是现有技术中常采用的V0SO4-H2SO4体系，可以采用常规浓度，例如VOSO4和V2(SO4)3可以在1.0-3.0mol/L之间，H2SO4可以在2-4mol/L之间。
本发明创造性地向上述钒电解液中引入一类新的支持电解质甲基磺酸。可以将甲基磺酸配制成3mol/L作为优选的浓度，反应后体系中的钒浓度达到0.8-5.0M。该电解质可以显著提高电解液的活性和可逆性。
适用于本发明的电极可以是聚丙烯腈基石墨毡电极。
本发明使用的甲基磺酸与硫酸的摩尔比优选在1-3∶1的范围。
本发明的优势在于，选取的试剂(甲基磺酸)在充当支持电解质的同时，与钒形成的物种在电池充放电过程中稳定性和电化学活性得到提高，特别是对电解液电化学可逆有了较大提高，在充放电试验中显示出该电解液具有较高的放电电压，较大的提高了钒电池的能量效率。
具体实施方式
一种钒电池用电解液的制备方法，包括正极和负极电解液的制备，包括以下步骤：
1)、制备钒电池正极电解液的母液：将五氧化二钒与硫酸的混合物置入两室电解槽的阴极室，电解槽的阳极室加入硫酸电解，制得四价钒离子电解液，即为钒电池正极电解液母液；
2)、制备钒电池负极电解液母液：将步骤1)的电解体系继续电解，得到三价钒离子电解液的母液；或者将制得四价钒离子电解液分别置于钒电池的正负极两室进行充电，充满后，负极室得到三价钒离子电解液的母液；
3)、将步骤1)与步骤2)得到的四价和三价电解液母液分别加入甲基磺酸，制备得到钒电池正极和负极电解液。
所述的步骤1)中是将五氧化二钒与0.01-18.4mol/L的硫酸溶液的混合物置入两室电解槽的阴极室；在电解槽的阳极室加入0.01-6.0mol/L的硫酸。
得到的正极或者负极电解液中：钒离子浓度为0.1-6mol/L；硫酸的浓度为0.01-6mol/L，甲基磺酸的浓度在0.01-12mol/L。
硫酸与甲基磺酸的摩尔比为：1∶0.01-1∶6。
本发明的钒电池用电解液是由上述方法制备得到的。
适用在本发明中的钒电解液是现有技术中常采用的VOSO4-H2SO4体系，可以采用常规浓度，例如VOSO4和V2(SO4)3可以在1.0-3.0mol/L之间，H2SO4可以在2-4mol/L之间。
本发明创造性地向上述钒电解液中引入一类新的支持电解质甲基磺酸。可以将甲基磺酸配制成3mol/L作为优选的浓度，反应后体系中的钒浓度达到0.8-5.0M。该电解质可以显著提高电解液的活性和可逆性。
适用于本发明的电极可以是聚丙烯腈基石墨毡电极。
本发明使用的甲基磺酸与硫酸的摩尔比优选在1-3∶1的范围。
Claims (7)
1.一种钒电池用电解液的制备方法，包括正极和负极电解液的制备，其特征在于：以下步骤：
1)、制备钒电池正极电解液的母液：将五氧化二钒与硫酸的混合物置入两室电解槽的阴极室，电解槽的阳极室加入硫酸电解，制得四价钒离子电解液，即为钒电池正极电解液母液；
2)、制备钒电池负极电解液母液：将步骤1)的电解体系继续电解，得到三价钒离子电解液的母液；或者将制得四价钒离子电解液分别置于钒电池的正负极两室进行充电，充满后，负极室得到三价钒离子电解液的母液；
3)、将步骤1)与步骤2)得到的四价和三价电解液母液分别加入甲基磺酸，制备得到钒电池正极和负极电解液。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤1)中是将五氧化二钒与0.01-18.4mol/L的硫酸溶液的混合物置入两室电解槽的阴极室。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤1)中，在电解槽的阳极室加入0.01-6.0mol/L的硫酸。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：得到的正极或者负极电解液中，离子浓度为0.1-6mol/L。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：得到的正极或者负极电解液中，硫酸与甲基磺酸的摩尔比为1∶0.01-1∶6。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：得到的正极或者负极电解液中，硫酸的浓度为0.01-6mol/L，甲基磺酸的浓度在0.01-12mol/L。
7.一种钒电池用电解液，其特征在于：是由权利要求1-6所述的任意一种方法制备得到的电解液。
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| CN201510932383.0A CN106876768A (zh) | 2015-12-13 | 2015-12-13 | 一种钒电池用电解液及其制备方法 |
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Publications (1)
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Country Status (1)
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|---|---|
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2015
- 2015-12-13 CN CN201510932383.0A patent/CN106876768A/zh active Pending
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170620 |