CN103985892B - 一种全钒液流电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种全钒液流电池，属于液流电池领域。一种全钒液流电池，包括正极电解液和负极电解液，其特征在于：正极电解液与负极电解液中的总钒量相同，且正极电解液中钒离子浓度为负极电解液中钒离子浓度的1.1～1.5倍。本发明提供的全钒液流电池在循环过程中的容量衰减得到较大改善。

Description

一种全钒液流电池
技术领域
本发明涉及一种全钒液流电池，属于液流电池领域。
背景技术
全钒液流电池，具有安全性高、循环寿命长、响应速度快等特点，非常适合大规模储能的需求。在全钒液流电池系统中，电解液分别存储在正负极储罐内，通过循环泵在电堆和电解液储罐间循环流动，并在电极表面发生氧化还原反应，实现电能的存储与释放。
通常全钒液流电池系统的正负极电解液储罐内电解液初始状态的浓度和体积是相同的，随着电池系统充放电循环的进行，电解液中钒离子和水可能透过离子传导膜发生由电极一侧向另一侧迁移，导致正负极电解液的体积、钒离子浓度，硫酸根浓度发生变化，从而导致电池容量发生衰减。专利EP1143546提到利用初始正负极电解液存在液位差，同时正负极电解液储罐底部设置连通管路补偿电解液迁移所带来容量衰减，该方法虽然可以在一定程度上延缓电池的容量衰减，但是该专利并未对正负极电解液液位差高度、电解液浓度进行明确的限定。现有技术中，当液流电池容量衰减到一定程度后，需要后期采取补充新电解液、重新调整正负极电解液浓度及体积、或者后期添加电解液添加剂等方式实现电解液容量额恢复或延缓。但是以上方法又将额外增加电池的运行及维护成本，不利于液流电池的规模化应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种全钒液流电池。
一种全钒液流电池，包括正极电解液和负极电解液，正极电解液与负极电解液中的总钒量相同，且正极电解液中钒离子浓度为负极电解液中钒离子浓度的1.1～1.5倍。
上述技术方案中，所述总钒量为电解液中钒离子的浓度乘以电解液体积；所述钒离子浓度为电解液中所存在的各种价态的钒离子的浓度的总和。当保证全钒液流电池中的总钒量相同，而正极电解液中钒离子总浓度为负极电解液中钒离子总浓度的1.1～1.5倍时，则负极电极液的体积为正极电解液的1.1～1.5倍。
现有技术中，全钒液流电池包括正极电解液和负极电解液，两种电解液的组成成分完全相同，且两种电解液的体积相同、正极电解液和负极电解液的总钒量也相同。本发明将全钒液流电池初始电解液设置为两种电解液的总钒量相同，同时，负极电解液的体积大于正极电解液的体积，由于电池在循环运行过程中，电解液中水从负极迁移到正极，设置负极电解液的体积大于正极电解液的体积从而使得电解液从负极向正极的迁移得到改善，改善循环过程中的容量衰减。同时，负极电解液的硫酸根浓度比正极的硫酸根浓度低，更利于保持三价钒的稳定。
本发明所述液流电池优选所述正极电解液中钒离子浓度为负极电解液中钒离子浓度的1.2～1.3倍。
本发明所述液流电池优选所述正极钒离子浓度为1.4～1.7摩尔/升。
本发明的有益效果为：
1)电解液在初始状态即可减缓液流电池容量衰减的速率，减少后期进行恢复操作的频率；
2)通过对电解液浓度、体积变化即可提高充放电过程中容量的保持，不会引入外来有害物质，也不需要后期调试，操作简单实用。
附图说明
图1为实施例1全钒液流电池的容量变化曲线图；
图2为实施例2全钒液流电池的容量变化曲线图。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
对比例1
一种全钒液流电池，具体参数如下：
电堆组成：Nafion115膜，48cm2单电池，运行条件：充放电过程，以80mA/cm2电流密度充电至1.55V，静置30秒.，以80mA/cm2电流密度放电至1.0V，进行300次充放电循环。
正极电解液：钒离子浓度为1.5mol/L，其中V3+与V4+的浓度比为1:1，硫酸根离子浓度为4.5mol/L；电解液体积为80ml。
负极电解液：钒离子浓度为1.5mol/L，V3+与V4+的浓度比为1:1，硫酸根离子浓度为4.5mol/L；电解液体积为80ml。
实施例1
一种全钒液流电池，具体参数如下：
电堆组成：Nafion115膜，48cm2单电池，运行条件：充放电过程，以80mA/cm2电流密度充电至1.55V，静置30秒.，以80mA/cm2电流密度放电至1.0V，进行300次充放电循环。
正极电解液：钒离子浓度为1.5mol/L，V3+与V4+的浓度比为1:1，硫酸根离子浓度为4.5mol/L；电解液体积为80ml。
负极电解液：钒离子浓度为1.2mol/L，V3+与V4+的浓度比为1:1，硫酸根离子浓度为3.6mol/L；电解液体积为100ml。
试验结果见图1，对比例1的电池经过300次充放电循环实验后，其放电容量降低50％，而实施例1的电池经过300次充放电循环实验，其放电容量降低40％，相比对比例的容量衰减程度少10％，改善了电池循环过程中的容量衰减。
实施例2
一种全钒液流电池，具体参数同实施例1。
正极电解液：钒离子浓度为1.5mol/L，V3+与V4+的浓度比为1:1，硫酸根离子浓度为4.5mol/L；电解液体积为80ml。
负极电解液：钒离子浓度为1.1mol/L，V3+与V4+的浓度比为1:1，硫酸根离子浓度为3.27mol/L；电解液体积为110ml。
实验结果见图2，结果表明对比例1的电池经过300次充放电循环实验，其放电容量降低50％，而实施例2的电池经过300次充放电循环实验，其放电容量降低40％，相比对比例的容量衰减程度少10％，改善了电池循环过程中的容量衰减。

Claims (3)

1.一种全钒液流电池，包括正极电解液和负极电解液，其特征在于：正极电解液与负极电解液中的总钒量相同，且正极电解液中钒离子浓度为负极电解液中钒离子浓度的1.1～1.5倍，
其中，所述钒离子浓度为电解液中所存在的各种价态的钒离子的浓度的总和。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述正极电解液中钒离子浓度为负极电解液中钒离子浓度的1.2～1.3倍。
3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述正极钒离子浓度为1.4～1.7摩尔/升。
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