CN101192674A - 一种全钒氧化还原液流电池用电解液的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种全钒氧化还原液流电池用电解液的制备方法，其特征在于：将三氧化钒和一定量的比重为1.84的浓度硫酸混合，再放入管式电炉内在100～300℃温度下煅烧，得到绿色的钒化合物，最后将煅烧产物溶于稀硫酸中，得到4价钒和3价钒各占总钒50％的钒电池用钒电解液。采用此方法制备全钒氧化还原液流电池用电解液减少了SO2的排放，同时简化了制备工序，有益于全钒氧化还原液流电池规模化生产和环境保护。

Description

一种全钒氧化还原液流电池用电解液的制备方法
技术领域
本发明涉及一种液流电池-全钒氧化还原液流电池，特别是涉及全钒氧化还原液流电池用电解液的制备方法。
背景技术
由于能源危机和环保压力，传统能源正在向可再生能源转换。随着风能和太阳能等能源的应用，研究和开发价廉、高效率的储能系统是十分必要的。在众多的储能系统中，氧化还原液流电池由于其独特的优点，因而近年来得到了迅速的发展。其中钒氧化还原液流电池(vanadium redox flow battery，VRB)是目前发展势头强劲的优秀绿色环保储能电池之一(它的制造、使用及废弃过程均不产生有害物质)，它具有特殊的电池结构，可深度大电流密度放电；充电迅速；比能量高；价格低廉；应用领域十分广阔：如可作为大厦、机场、程控交换站备用电源；可作为太阳能等清洁发电系统的配套储能装置；为远洋轮船提供电力以及用于电网调峰等。钒电池成本与铅酸电池相近，它还可制备兆瓦级电池组，大功率长时间提供电能，因此钒电池在大规模储能领域具有锂离子电池、镍氢电池不可比拟的性价比优势。钒电池生产工艺简单，价格经济，电性能优异，与制造复杂、价格昂贵的燃料电池相比，无论是在大规模储能还是电动汽车动力电源的应用前景方面，都更具竞争实力。
全钒氧化还原液流电池的原理最早在1985年，由新南威尔士大学的Maria Skyllas-Kazacos等研究人员提出，之后经技术转让和发展，在澳大利亚、日本和加拿大得到深入研究。目前，加拿大的VRB PowerSystems公司和日本住友电工研发的全钒液流电池技术进入实用化阶段。我国的全钒氧化还原液流电池研究相对于国外，在液流电池的关键材料，包括离子交换膜、电极材料、高浓度电解液以及工程放大技术等方面，尚处于起步阶段。
全钒离子液流电池采用含钒溶液作为正、负极的活性物质，通过不同价态的钒离子相互转化实现电能的储存与释放。目前活性物质即电解液的制备方法是将V2O5溶解于硫酸，然后用液态SO2等还原剂还原，反应完全后调整钒浓度，加入添加剂，最后电解获得钒电池用的钒电解液；或者是用V2O5、单质S和H2SO4在一定的条件下煅烧得到钒的化合物，最后用此化合物来制备得到钒电池的电解液。然而第一种方法电解的时间较长，影响了电解液的制备效率。另外，前面两种方法中SO2和单质S的使用会对环境造成极大的污染，这和目前提倡的“控制污染减排”是相违背的
因此，全钒氧化还原液流电池迫切需要新的可以减少SO2排放同时提高制备效率的制备方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种制作方便，能减少SO2排放的一种全钒氧化还原液流电池电解液的制备方法。
本发明为达到上述目的的技术方案是：采用煅烧而后溶解的方法制备含V(III)和V(IV)并且MV(III)/M TV＝M V(IV)/M TV＝50％的钒电池用电解液。其中V(III)和V(IV)分别表示3价钒和4价钒，而MV(III)、MV(IV)、MTV分别表示3价钒和4价钒和总钒的摩尔浓度。
本全钒氧化还原液流电池用电解液的制备方法：将三氧化钒和浓度硫酸混合，物料按重量比，配比为1∶1.45～2.3，再放入电炉内在100～300℃的温度下煅烧0.5～5小时，最后将煅烧产物溶于稀硫酸中，得到钒电池用钒电解液。
进一步，上述的硫酸是比重为1.84的浓硫酸。
还有，上述的电炉是管式电炉。
将三氧化钒和一定量的比重为1.84的浓度硫酸混合，再放入管式电炉内在一定的温度下煅烧一定时间，最后将煅烧产物溶于稀硫酸中，得到4价钒和3价钒各占总钒50％的钒电池用电解液。
上述全钒氧化还原液流电池用电解液的制备方法，其特征在于反应物料为三氧化钒和硫酸，其化学表达式分别为V2O3和H2SO4，其反应物料按重量比，配比为1∶1.45～2.5，硫酸的重量是指比重为1.84的浓硫酸的重量。
煅烧的条件为：将反应物料放入管式电炉内以100～300℃温度焙烧，煅烧时间为0.5～5h。
本发明的优点和积极效果表现为：
采用煅烧溶解的方法制备全钒氧化还原液流电池用电解液，本发明减少了电解液制备过程中SO2的排放。同时电解液中V(III)和V(IV)离子浓度各占50％，此电解液可用于全钒氧化还原液流电池的正、负极电解液，简化了钒电池的装配及化成工序，能够提高工作效率，有益于规模化生产和环境保护。
具体实施方式
实施例一
所用试剂：
V2O3：冶金级
H2SO4：分析纯，d＝1.84
将11.5g三氧化钒和17g比重为1.84的浓硫酸搅拌均匀后放入炉内在100～300℃温度范围内煅烧0.5～5小时，得到绿色的煅烧产物。将该产物溶于2mol/l的硫酸溶液中，可以得到4价钒和3价钒离子的溶液。采用电位滴定的方法分析电解液中钒离子的浓度，4价钒离子浓度：3价钒离子浓度≈1。电解液放置100天以上未发现有结晶态的钒产生。
实施例二
所用试剂：
V2O3：冶金级
H2SO4：分析纯，d＝1.84
将13g三氧化钒和30g比重为1.84的浓硫酸搅拌均匀后放入炉内在120～230℃温度范围内煅烧0.5～-5小时，得到绿色的煅烧产物。将该产物溶于2mol/l的硫酸溶液中，可以得到4价钒和3价钒离子的溶液。采用电位滴定的方法分析电解液中钒离子的浓度，4价钒离子浓度：3价钒离子浓度≈1。电解液放置100天以上未发现有结晶态的钒产生。
实施例三
所用试剂：
V2O3：冶金级
H2SO4 ：分析纯，d＝1.84
将4g三氧化钒和8g比重为1.84的浓硫酸搅拌均匀后放入炉内在130～240℃温度范围内煅烧0.5～-5小时，得到绿色的煅烧产物。将该产物溶于2mol/l的硫酸溶液中，可以得到4价钒和3价钒离子的溶液。采用电位滴定的方法分析电解液中钒离子的浓度，4价钒离子浓度：3价钒离子浓度≈1。电解液放置100天以上未发现有结晶态的钒产生。

Claims (3)

1.一种全钒氧化还原液流电池用电解液的制备方法，其特征在于：将三氧化钒和浓度硫酸混合，物料按重量比，配比为1∶1.45～2.3，再放入电炉内在100～300℃的温度下煅烧0.5～5小时，最后将煅烧产物溶于稀硫酸中，得到钒电池用钒电解液。
2.根据权利要求1所述的一种全钒氧化还原液流电池用电解液的制备方法，其特征所述的硫酸的重量是指比重为1.84的浓硫酸的重量。
3.根据权利要求1所述的一种全钒氧化还原液流电池用电解液的制备方法，其特征是所述的电炉是管式电炉。
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