CN105322186A - 一种减小全钒液流电池电化学极化的方法 - Google Patents

一种减小全钒液流电池电化学极化的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105322186A
CN105322186A CN201410367733.9A CN201410367733A CN105322186A CN 105322186 A CN105322186 A CN 105322186A CN 201410367733 A CN201410367733 A CN 201410367733A CN 105322186 A CN105322186 A CN 105322186A
Authority
CN
China
Prior art keywords
flow battery
electrolyte
battery
vanadium flow
electrochemical polarization
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410367733.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105322186B (zh
Inventor
刘涛
张华民
李先锋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Original Assignee
Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian Institute of Chemical Physics of CAS filed Critical Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority to CN201410367733.9A priority Critical patent/CN105322186B/zh
Publication of CN105322186A publication Critical patent/CN105322186A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105322186B publication Critical patent/CN105322186B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

一种减小全钒液流电池电化学极化的方法，通过向全钒液流电池的电解液中引入Sn2+，提高V2+/V3+反应的电化学活性，减小液流储能电池的电化学极化；所述Sn2+的浓度为0.01～0.3mol/L。通过向全钒液流电池的电解液中添加一定浓度的Sn2+，可以提高V2+/V3+反应的电化学活性，减小液流储能电池的电化学极化，从而提高电池的电压效率、能量效率和工作电流密度。此外，在充放电过程中，负极除了发生V2+/V3+氧化还原反应外，还会发生Sn/SnO的氧化还原反应，提高电池的充放电容量。

Description

一种减小全钒液流电池电化学极化的方法
技术领域
本发明涉及化学储能技术中的液流储能电池领域，特别涉及全钒液流储能电池。
背景技术
全钒液流电池因其具有输出功率和容量相互独立，系统设计灵活；能量效率高，寿命长，运行稳定性和可靠性高，自放电低；选址自由度大，无污染、维护简单，运营成本低，安全性高等优点，在规模储能方面具有广阔的发展前景，被认为是解决太阳能、风能等可再生能源发电系统随机性和间歇性非稳态特征的有效方法，在可再生能源发电和智能电网建设中有着重大需求。
目前，制约全钒液流电池商业化的主要限制就是成本问题。要降低其成本，主要解决方法有两个：一为降低各关键材料的成本，如离子交换膜、电解液、电极双极板的成本；一为提高电池运行的工作电流密度。因为工作电流密度的提高可以提高电池的功率密度，即可以用同样的电堆实现更大的功率输出，而且还可以减少储能系统的占地面积和空间，提高其环境适应能力及系统的可移动性，扩展液流储能电池的应用领域。然而，工作电流密度的提高会导致电压效率和能量效率的降低。为了在不降低能量效率的前提下提高电池的工作电流密度，就需要尽可能地减小电池极化，即欧姆极化、电化学极化和浓差极化，降低电压损耗。
目前已公开的专利文献中针对减小液流储能电池电化学极化的方法主要是对电极材料进行改性处理，如：
(1)对电极材料如石墨毡、碳纸等进行氧化改性处理，在碳纤维表面修饰含氧官能团，提高电极的电催化活性，减小电池的电化学极化，如专利CN101465417A和CN101182678A中公开的对石墨毡进行电化学氧化的方法。
(2)对电极材料如石墨毡、碳纸等进行金属化处理，即在碳纤维表面上修饰金属离子，如Sun等(Sun,B.T.；Skyllas-Kazacos,M.ChemicalModificationandElectrochemicalBehaviorofGraphiteFiberinAcidicVanadiumSolution.Electrochim.Acta1991,36,513-517.)在碳纤维表面上修饰了Mn2+、Te4+、In3+和Ir3+等，发现Ir3+对电极材料的电催化活性的提高最有作用，但由于贵金属的使用造成电极的成本偏高，故而并不适合大规模应用。
发明内容
本发明旨在提供一种减小全钒液流电池电化学极化的方法。该方法通过在电解液中添加一定浓度的Sn2+，提高V2+/V3+反应的电化学活性和电化学可逆性，减小电池的电化学极化，从而提高电池的电压效率、能量效率和工作电流密度。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
通过向全钒液流电池的电解液中引入Sn2+，提高V2+/V3+反应的电化学活性，减小液流储能电池的电化学极化；
所述Sn2+的浓度为0.01～0.3mol/L。
所述引入Sn2+的方式为，在电解液中添加Sn单质、Sn氧化物或Sn金属盐中的一种或二种以上，在电解液中形成一定浓度的Sn2+环境。
所述Sn氧化物为SnO或SnO2中的一种或二种；
所述Sn金属盐为硫酸亚锡、二氯化锡、四氯化锡、草酸亚锡、锡酸钠或锡酸钾中的任意一种或二种以上，优选地为硫酸亚锡、二氯化锡中的一种或二种；
所述Sn2+的浓度优选地为0.01～0.1mol/L。
所述全钒液流电池的电解液为全钒液流电池的负极电解液，即将Sn2+仅引入到全钒液流电池的负极电解液中。
本发明具有如下优点：
(1)采用本发明的方法，提高了负极V2+/V3+氧化还原反应的电催化活性和电化学可逆性，减小了电荷传递电阻，提高了全钒液流电池的电压效率和能量效率。
(2)采用本发明的方法，在充放电过程中，负极除了发生V2+/V3+氧化还原反应外，还会发生Sn/SnO的氧化还原反应，可以提高电池的充放电容量。
(3)本发明的减小电化学极化的方法较现有的电极材料改性方法而言更加简单易操作，具有商业化推广应用价值。
附图说明
图1是碳毡在本发明实施例1电解液和比较例1电解液中的循环伏安曲线图，扫描速率：10mV/s；
图2是采用本发明实施例1和比较例1中电解液的全钒液流单电池在不同电流密度时的电压效率；
图3是采用本发明实施例1和比较例1中电解液的全钒液流单电池在不同电流密度时的能量效率。
具体实施方式
下面通过具体实施例详述本发明。
实施例1
传统的全钒液流电池正极电解液为1.5MVO2+的3MH2SO4溶液，负极电解液为1.5MV3+的3MH2SO4溶液。称取一定量的SnCl2加入到负极电解液中，超声分散30min使其完全溶解，Sn2+浓度控制在0.02M。
为测试钒离子氧化还原电对在加入了Sn2+电解液中的电化学活性，对实施例1制备的电解液进行了循环伏安测试。以碳毡作为工作电极，无孔石墨板作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，采用的电化学测试仪器为上海辰华公司的CHI612型电化学工作站，扫描范围分别为-1V～0V，扫描速率为10mV/s。本实施例中加入了Sn2+电解液的循环伏安曲线如图1所示，比较两种电解液中V(Ⅱ)/V(Ⅲ)的电化学氧化、还原峰位置和峰电流大小可知，电极在加入了Sn2+的电解液中较比较例标准电解液中具有明显提高的电催化活性及电化学可逆性。
采用碳毡作为正负极，Nafion115作为隔膜组装成单电池，以实施例1中制备的电解液进行充放电性能测试，正负极电解液各取60ml。其在80-160mA/cm2时的电压效率和能量效率如图2和图3所示，从中可以看出，与比较例1中实用标准电解液相比，本实施例中单电池的电压效率在80mA/cm2的电流密度下从88％提高到了90％，能量效率能达到85.6％；在120mA/cm2的高电流密度下电压效率从83％提高到了84.6％，能量效率也能达到81.2％。此外，与比较例1相比，本实施例的充放电容量提高了10％左右。
比较例1
采用碳毡作为正负极，Nafion115作为隔膜组装成单电池，进行充放电性能测试。正极电解液为1.5MVO2+的3MH2SO4溶液60ml，负极电解液为1.5MV3+的3MH2SO4溶液60ml。
实施例2
传统的全钒液流电池正极电解液为1.5MVO2+的3MH2SO4溶液，负极电解液为1.5MV3+的3MH2SO4溶液。称取一定量的SnSO4加入到负极电解液中，超声分散30min使其完全溶解，Sn2+浓度控制在0.1M。
单电池组装评测条件同实施例1，与实施例1不同之处在于：采用本实施例电解液的全钒液流电池，电流密度为80mA/cm2时，电压效率和能量效率分别为89.3％和85.1％；电流密度提高到120mA/cm2时，电压效率和能量效率仍然保持在84.2％和80.7％。与比较例1相比，本实施例的充放电容量提高了20％左右。
实施例3
传统的全钒液流电池正极电解液为1.5MVO2+的3MH2SO4溶液，负极电解液为1.5MV3+的3MH2SO4溶液。称取一定量的Sn加入到正负极电解液中，超声分散30min使其完全溶解，Sn2+浓度控制在0.05M。
单电池组装评测条件同实施例1，与实施例1不同之处在于：采用本实施例电解液的全钒液流电池，电流密度为80mA/cm2时，电压效率和能量效率分别为89％和84.8％；电流密度提高到120mA/cm2时，电压效率和能量效率仍然保持在83.8％和80.5％。与比较例1相比，本实施例的充放电容量提高了10％左右。
实施例4
传统的全钒液流电池正极电解液为1.5MVO2+的3MH2SO4溶液，负极电解液为1.5MV3+的3MH2SO4溶液。称取一定量的SnO加入到负极电解液中，超声分散60min使其完全溶解，Sn2+浓度控制在0.02M。
单电池组装评测条件同实施例1，与实施例1不同之处在于：采用本实施例电解液的全钒液流电池，电流密度为80mA/cm2时，电压效率和能量效率分别为89.5％和85.3％；电流密度提高到120mA/cm2时，电压效率和能量效率仍然保持在84.5％和81％。与比较例1相比，本实施例的充放电容量提高了5％左右。

Claims (5)

1.一种减小全钒液流电池电化学极化的方法，其特征在于：通过向全钒液流电池的电解液中引入Sn2+，提高V2+/V3+反应的电化学活性，减小液流储能电池的电化学极化；
所述全钒液流电池的电解液中Sn2+的浓度为0.01～0.3mol/L。
2.根据权利要求1所述的减小全钒液流电池电化学极化的方法，其特征在于：所述引入Sn2+的方式为，在电解液中添加Sn单质、Sn氧化物或Sn金属盐中的一种或二种以上，在电解液中形成一定浓度的Sn2+环境。
3.根据权利要求2所述的减小全钒液流电池电化学极化的方法，其特征在于：
所述Sn氧化物为SnO或SnO2中的一种或二种；
所述Sn金属盐为硫酸亚锡、二氯化锡、四氯化锡、草酸亚锡、锡酸钠或锡酸钾中的任意一种或二种以上，优选地为硫酸亚锡、二氯化锡中的一种或二种。
4.根据权利要求1所述的减小全钒液流电池电化学极化的方法，其特征在于：所述Sn2+的浓度优选地为0.01～0.1mol/L。
5.根据权利要求1所述的减小全钒液流电池电化学极化的方法，其特征在于：所述全钒液流电池的电解液为全钒液流电池的负极电解液，即将Sn2+仅引入到全钒液流电池的负极电解液中。
CN201410367733.9A 2014-07-30 2014-07-30 一种减小全钒液流电池电化学极化的方法 Active CN105322186B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410367733.9A CN105322186B (zh) 2014-07-30 2014-07-30 一种减小全钒液流电池电化学极化的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410367733.9A CN105322186B (zh) 2014-07-30 2014-07-30 一种减小全钒液流电池电化学极化的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105322186A true CN105322186A (zh) 2016-02-10
CN105322186B CN105322186B (zh) 2018-06-19

Family

ID=55249141

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410367733.9A Active CN105322186B (zh) 2014-07-30 2014-07-30 一种减小全钒液流电池电化学极化的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105322186B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106299437A (zh) * 2016-11-11 2017-01-04 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 钒电池及其负极电解液以及提高其电化学活性的方法
CN106328975A (zh) * 2016-11-11 2017-01-11 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 一种全钒氧化还原液流电池
CN111653799A (zh) * 2020-07-16 2020-09-11 盐城工学院 一种锡基碱性液流电池锡负极的预处理方法
CN112993356A (zh) * 2019-12-12 2021-06-18 中国科学院大连化学物理研究所 一种提高全钒液流电池负极电化学活性的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101635363A (zh) * 2008-07-27 2010-01-27 比亚迪股份有限公司 一种全钒离子液流电池电解液及其制备方法及电池
KR101130575B1 (ko) * 2011-11-10 2012-04-12 주식회사 에이치투 바나듐 레독스 흐름 전지 스택을 이용한 난용성 ｖ２０５로 바나듐 전해질을 제조하는 방법
CN102652377A (zh) * 2010-04-27 2012-08-29 住友电气工业株式会社 氧化还原液流电池
CN102881932A (zh) * 2012-09-26 2013-01-16 清华大学 一种含锰的钒液流电池电解液
CN103000926A (zh) * 2012-12-12 2013-03-27 大力电工襄阳股份有限公司 钒电池电解液

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101635363A (zh) * 2008-07-27 2010-01-27 比亚迪股份有限公司 一种全钒离子液流电池电解液及其制备方法及电池
CN102652377A (zh) * 2010-04-27 2012-08-29 住友电气工业株式会社 氧化还原液流电池
KR101130575B1 (ko) * 2011-11-10 2012-04-12 주식회사 에이치투 바나듐 레독스 흐름 전지 스택을 이용한 난용성 ｖ２０５로 바나듐 전해질을 제조하는 방법
CN102881932A (zh) * 2012-09-26 2013-01-16 清华大学 一种含锰的钒液流电池电解液
CN103000926A (zh) * 2012-12-12 2013-03-27 大力电工襄阳股份有限公司 钒电池电解液

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106299437A (zh) * 2016-11-11 2017-01-04 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 钒电池及其负极电解液以及提高其电化学活性的方法
CN106328975A (zh) * 2016-11-11 2017-01-11 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 一种全钒氧化还原液流电池
CN112993356A (zh) * 2019-12-12 2021-06-18 中国科学院大连化学物理研究所 一种提高全钒液流电池负极电化学活性的方法
CN111653799A (zh) * 2020-07-16 2020-09-11 盐城工学院 一种锡基碱性液流电池锡负极的预处理方法
CN111653799B (zh) * 2020-07-16 2022-03-15 盐城工学院 一种锡基碱性液流电池锡负极的预处理方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105322186B (zh) 2018-06-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. A solar rechargeable flow battery based on photoregeneration of two soluble redox couples
Dong et al. A novel titanium/manganese redox flow battery
CN104518221A (zh) 一种双功能负极及其作为全钒液流电池负极的应用
CN101047261A (zh) 用于液流蓄电的铁－配合物/卤素电化学体系
WO2016078491A1 (zh) 一种长寿命锌溴液流电池
CN102867978B (zh) 一种液流储能电池结构
CN111628185B (zh) 一种吡咯啉/烷氮氧自由基类化合物水系有机液流电池
CN104218248A (zh) 一种双功能负极及其作为全钒液流储能电池负极的应用
CN104716374A (zh) 一种中性锌铁双液流电池
CN104916884B (zh) 一种以钒的化合物为活性物质的光电化学液流储能电池
CN109216742A (zh) 一种光充电氧化还原液流电池
CN104795567A (zh) 基于碘离子溶液正极和有机物负极的水系锂离子/钠离子电池
CN105322186A (zh) 一种减小全钒液流电池电化学极化的方法
CN106549178B (zh) 一种有机液流电池
CN103401045A (zh) 一种具有光电效应的液流电池储能体系
CN104064824A (zh) 一种水系可充放电池
CN104795564A (zh) 一种水溶液二次电池的正极材料、极片、二次电池和用途
Liu et al. Iron/Quinone-based all-in-one solar rechargeable flow cell for highly efficient solar energy conversion and storage
CN204577514U (zh) 一种全钒液流电池电解液的恒温控制装置
CN102881931A (zh) 一种含磷全钒液流电池正极电解液
CN102227029B (zh) 高浓度钒电解液及其制备方法
CN106532093A (zh) 一种醌金属电对液流电池系统
CN107946624A (zh) 一种基于靛蓝衍生物的水系全有机液流电池及其组建方法和应用
CN102694143A (zh) 一种空气/钒液流电池
CN105322207B (zh) 一种含磷的杂多酸全钒液流电池正极电解液及其应用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant