CN101562256B - 一种用于全钒离子氧化还原液流电池的电解液制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于全钒离子氧化还原液流电池的电解液制备方法，其中，在五氧化二钒与硫酸中加入一种或多种还原剂，在50-100℃条件下充分反应0.5-10小时，制得钒离子浓度在1-6mol/L之间的电解液。本发明采用异丁醇、丁醛、乙二酸、1，3-丙二醇、2-丁烯或其混合物作为还原剂，其制作工艺简单，操作容易，成本低，尤其是制得钒离子浓度在1-6mol/L之间的高纯度钒电池电解液，而且上述工艺过程中只产生二氧化碳与水，不产生其它废弃物，对环境友好；现有技术中使用的还原剂一般为硫粉等无机物，容易产生大量的污染物，但是本发明采用有机物作为还原剂，在整个工艺过程中仅产生二氧化碳与水，降低了制作高纯度钒离子电解液过程中产生的污染。

Description

一种用于全钒离子氧化还原液流电池的电解液制备方法
技术领域
本发明涉及用于钒电池的电解液制备方法，尤其涉及一种用于全钒离子氧化还原液流电池的电解液制备方法。
背景技术
全钒离子氧化还原液流电池简称为钒电池，钒电池用不同价态的钒离子溶液分别作为正负极活性物质，通过外接泵驱动让电解液在储液槽与电池堆体内循环流动，正负极电解液在电堆体内离子交换膜两侧的电极上分别发生还原和氧化反应，由此完成充放电过程。
其反应式如下：
负极反应：V2+-e-＝V3+              E0＝-0.26V
正极反应：VO2 ++2H++e-＝VO2++H2O    E0＝1.00V
由上可见，电解质溶液是液流电池的核心，它是一个多价态体系，实现着能量的储存和释放。目前采用的电解液生产工艺，大多存在耗能高、污染大或者制备出的电解液纯度不高等现象。因此，实现电解液的低成本、高纯度并且制造过程不污染环境的批量生产是钒电池进入适用阶段急需解决的关键问题。
目前，钒离子电解液的制备工艺通常如下：把V2O5粉末与浓硫酸混合加热，用S粉将V2O5还原得到VOSO4溶液；然后将VOSO4直接溶在硫酸中，从而进行电池的充放电。或者采用将NH4VO3溶在一定浓度的浓硫酸中，得到VO2+、V3+、NH3+、SO4 2-共存的体系，该体系可以直接进行电池的充放电，得到正负极所需的电解液。上述方法都不能大幅度提高电解液的纯度，并且其在生产过程中需要大量能量，产生大量含硫的化学污染物，不利于大规模生产，由此可见，现有技术有待于更进一步的发展。
发明内容
本发明为解决上述现有技术中的缺陷提供一种用于全钒离子氧化还原液流电池的电解液制备方法，对现有技术中的制作工艺进行科学合理的改进，以提高电解液中钒离子的纯度，减少污染。
为解决上述技术问题，本发明方案包括：
一种用于全钒离子氧化还原液流电池的电解液制备方法，其中，在五氧化二钒与硫酸中加入一种或多种还原剂，在50-100℃条件下充分反应0.5-10小时，制的钒离子浓度在1-6mol/L之间的电解液。
所述的电解液制备方法，其中，上述还原剂为异丁醇、丁醛、乙二酸、1，3-丙二醇、2-丁烯或其混合物。
所述的电解液制备方法，其中，上述硫酸浓度为1～15mol/L，五氧化二钒与还原剂的的摩尔比在1∶0至1∶2之间，硫酸与五氧化二钒的摩尔比在1∶1至3∶1之间。
本发明提供的一种用于全钒离子氧化还原液流电池的电解液制备方法，采用异丁醇、丁醛、乙二酸、1，3-丙二醇、2-丁烯或其混合物作为还原剂，其制作工艺简单，操作容易，成本低，尤其是制的钒离子浓度在1-6mol/L之间的高纯度钒电池电解液，而且上述工艺过程中只产生二氧化碳与水，不产生其它废弃物，对环境友好；现有技术中使用的还原剂一般为硫粉等无机物，容易产生大量的污染物，但是本发明采用有机物作为还原剂，在整个工艺过程中仅产生二氧化碳与水，降低了制作高纯度钒离子电解液过程中产生的污染，是现有技术的极大进步。
附图说明
图1是本发明制备的2.34mol/L电解液的滴定曲线图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明中各较佳实施例进行较为详尽的说明。
本发明提供了一种用于全钒离子氧化还原液流电池的电解液制备方法，对现有技术中的制作工艺进行科学合理的改进，提高了电解液中钒离子的浓度，降低了制作高纯度钒离子电解液过程中产生的污染。其方法包括以下步骤：
a、在五氧化二钒与硫酸中加入异丁醇、丁醛、乙二酸、1，3-丙二醇、2-丁烯或上述有机物的混合物，并且硫酸浓度为1～15mol/L，五氧化二钒与还原剂的的摩尔比在1∶0至1∶2之间，硫酸与五氧化二钒的摩尔比在1∶1至3∶1之间；
b、将上述混合液在50-100℃条件下充分反应0.5-10小时，制的钒离子浓度在1-6mol/L之间的电解液。
由此可见，在整个工艺过程中仅产生二氧化碳与水，降低了制作高纯度钒离子电解液过程中产生的污染，并且现有技术中制作的钒离子电解液杂质很多，钒离子电解液中钒离子浓度非常低，而本发明制作工艺简单，操作容易，成本低，制作的钒离子电解液浓度在在1-6mol/L之间，是现有技术的极大进步。
为了更进一步阐述本发明，现以制作钒离子浓度为2.34mol/L的电解液为例进行说明。
其主要包括以下步骤：
1、向反应釜中加入2.5mol/L的硫酸溶液180L；
2、开启反应釜中的搅拌机构，然后后逐步加入10mol异丁醇，150mol乙二酸，3mol2-丁烯，并将溶液温度升高至55℃；
3、向上述溶液中分四次逐步加入五氧化二钒36.376kg，并将反应釜内温度升高至70℃；
4、然后再向步骤3中的溶液加入100mol丁醛与10mol1，3-丙二醇，并将反应釜内的温度保持在70-100℃之间反应6小时后，冷却过滤，得到钒离子浓度为2.34mol/L的电解液。
为了检测上述制备的钒粒子浓度，用国标GB8639.1-88对过滤后的电解液进行钒离子浓度测定，如图1所示的根据曲线变化规律可知，电解液V4+离子浓度为2.3mol/L。根据测定数据将电解液稀释为2mol/L，使用本发明中钒离子电解液制成的电池，其充放电电流密度为95mA/cm2，电流效率为92％，能量转化率为78.2％，大幅度提高了电能利用率。
综上所述，本发明提供了一种用于全钒离子氧化还原液流电池的电解液制备方法，采用异丁醇、丁醛、乙二酸、1，3-丙二醇、2-丁烯或其混合物作为还原剂，其制作工艺简单，操作容易，成本低，尤其是制的钒离子浓度在1-6mol/L之间的高纯度钒电池电解液，而且上述工艺过程中只产生二氧化碳与水，不产生其它废弃物，对环境友好；并且使用本发明中钒离子电解液制成的电池，其充放电电流密度为95mA/cm2，电流效率为92％，能量转化率为78.2％，大幅度提高了电能利用率。
应当理解的是，上述各较佳实施例描述的较为详细，但不应理解为对本发明的限制，本发明的保护范围应以所附权利要求为准，本领域技术人员受本发明的启示进行简单替换、组合或变形都应落入本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种用于全钒离子氧化还原液流电池的电解液制备方法，其包括以下步骤：
向反应釜中加入2.5mol/L的硫酸溶液180L；
开启反应釜中的搅拌机构，然后逐步加入10mol异丁醇，150mol乙二酸，3mol2-丁烯，并将溶液温度升高至55℃；
向上述溶液中分四次逐步加入五氧化二钒36.376kg，并将反应釜内温度升高至70℃；
然后再向反应釜的溶液加入100mol丁醛与10mol1，3-丙二醇，并将反应釜内的温度保持在70-100℃之间反应6小时后，冷却过滤，得到钒离子浓度为2.34mol/L的电解液。
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