CN105789670A - 一种液流电池正极用钒基离子液体电解液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及大规模储能液流电池技术，特别是一种液流电池正极用钒基离子液体电解液及其制备方法，属于电化学储能领域。本发明的关键在于钒基离子液体既是溶剂又是活性物质，并且钒元素与作为溶剂的钒基离子液体的摩尔比为(1‑3):1。这远远超过了水介质钒电解液中钒元素与溶剂水的摩尔比(1：28)。因而以钒基离子液体为正极电解液的非水介质液流电池体系均要比相应的水介质体系的能量密度大得多，一般前者是后者的3倍以上。
Description
技术领域
本发明涉及大规模储能液流电池技术，特别是一种液流电池正极用钒基离子液体电解液及其制备方法，属于电化学储能领域。
背景技术
液流电池是一种能大规模储能的电化学系统。它具有与常规电池不同的电池结构，其活性物质不在电极上，而是在电解液中；这种结构特点与燃料电池类似，但生产制造成本低于燃料电池，生产工艺较铅酸电池和燃料电池相对简单。液流电池可深度放电、能量效率高、功率可达兆瓦级，应用领域十分广阔，可作为应急备用电源，新能源发电系统的配套储能装置，以及电网调峰等，在大规模储能领域具有超过锂离子电池和镍氢电池的性价比优势。水介质锌钒液流电池，由于活性物质在水溶剂中溶解度的限制致使其能量密度难以进一步提升；能量密度一般在50Wh/L以下，不能满足人们日益增长的对储能电池高能量密度的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种液流电池正极用钒基离子液体电解液及其制备方法。
本发明的技术方案：
一种液流电池正极用钒基离子液体电解液，由1-甲基,3-丙基咪唑钒氟三氟乙酸盐和氟化钠组成，氟化钠在电解液中的质量百分含量为0.5％—10％；
所述的1-甲基,3-丙基咪唑钒氟三氟乙酸盐既是溶剂又是活性物质，其结构式如下：
其中n＝1-3。
一种液流电池正极用钒基离子液体电解液的制备方法，包括以下步骤：
A、把四氟化钒放入烧杯中，置于40-60℃烘箱中6-18小时；
B、将步骤A所得四氟化钒研磨至500-1000目，置于40-60℃烘箱中2-6小时；
C、将步骤B所得四氟化钒加入到1-甲基，3-丙基咪唑三氟乙酸盐中，四氟化钒与1-甲基，3-丙基咪唑三氟乙酸盐的摩尔比为(1-3):1；同时加入500-1000目的氟化钠，不断搅拌2-5小时，即得所需电解液，其中氟化钠占电解液总质量的0.5—10％。
本发明使用四氟化钒与1-甲基,3-丙基咪唑三氟乙酸盐反应生成1-甲基,3-丙基咪唑钒氟三氟乙酸盐。电解液的成分是1-甲基,3-丙基咪唑钒氟三氟乙酸盐和氟化钠。氟化钠在电解液中的质量百分含量为0.5—10％。
本发明的电解液可以与非水介质锌基离子液体搭配形成锌钒基离子液体液流电池体系。
本发明的关键在于钒基离子液体既是溶剂又是活性物质，并且钒元素与作为溶剂的钒基离子液体的摩尔比为(1-3):1。这远远超过了水介质钒电解液中钒元素与溶剂水的摩尔比(1：28)。因而以钒基离子液体为正极电解液的非水介质液流电池体系均要比相应的水介质体系的能量密度大得多，一般前者是后者的3倍以上。氟化钠有利于增强电池内部的离子导电能力。
附图说明
图1为以本发明的钒基离子液体电解液作为正极电解液的单体电池结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，但不应理解为是对本发明的限定，根据本发明的内容，做出其它多种形式的修改、替换所实现的技术均属于本发明的范围。实施例中NaF的含量为质量百分含量，实施例4、5、6为以本发明的钒基离子液体电解液作为正极电解液的单体电池的性能参数。
实施例1：
配制100克1-甲基,3-丙基咪唑钒氟三氟乙酸盐离子液体(n＝1)+0.5％NaF电解液。
首先称取37.51克四氟化钒，放在250mL烧杯中，置于60℃烘箱中6小时；然后将四氟化钒研磨到1000目，置于60℃烘箱中2小时；最后称取61.99克1-甲基,3-丙基咪唑三氟乙酸盐离子液体，移入烧杯中；往烧杯中加入上述烘干的四氟化钒，充分反应；加0.50克500目氟化钠，搅拌2小时；即得所需配制的电解液。
实施例2：
配制100克1-甲基,3-丙基咪唑钒氟三氟乙酸盐离子液体(n＝2)+5％NaF电解液。
首先称取51.97克四氟化钒，放在250mL烧杯中，置于40℃烘箱中18小时；然后将四氟化钒研磨到500目，置于40℃烘箱中6小时；最后称取43.03克1-甲基,3-丙基咪唑三氟乙酸盐离子液体，移入烧杯中；往烧杯中加入上述烘干的四氟化钒，充分反应；加5克1000目氟化钠，搅拌5小时；即得所需配制的电解液。
实施例3：
配制100克1-甲基,3-丙基咪唑钒氟三氟乙酸盐离子液体(n＝3)+10％NaF电解液。
首先称取58.05克四氟化钒，放在250mL烧杯中，置于50℃烘箱中12小时；然后将四氟化钒研磨到800目，置于50℃烘箱中4小时；最后称取31.95克1-甲基,3-丙基咪唑三氟乙酸盐离子液体，移入烧杯中；往烧杯中加入上述烘干的四氟化钒，充分反应；加10克800目氟化钠，搅拌3小时；即得所需配制的电解液。
实施例4：
阴离子交换膜将电池的正负极室隔开；以碳毡做正、负极，二者的表观面积均为20cm2。负极电解液为100克1-甲基,3-丙基咪唑锌氟三氟乙酸盐离子液体(n＝1)+5％NaF溶液，正极电解液为200克1-甲基,3-丙基咪唑钒氟三氟乙酸盐离子液体(n＝1)+5％NaF溶液。充放电电流为200mA，电解液流速为5mL/min。电池的能量密度为125Wh/L，是水介质锌钒液流电池能量密度(41Wh/L)的3.05倍。
实施例5：
阴离子交换膜将电池的正负极室隔开；以碳毡做正、负极，二者的表观面积均为20cm2。负极电解液为100克1-甲基,3-丙基咪唑锌氟三氟乙酸盐离子液体(n＝2)+0.5％NaF溶液，正极电解液为200克1-甲基,3-丙基咪唑钒氟三氟乙酸盐离子液体(n＝2)+10％NaF溶液。充放电电流为200mA，电解液流速为5mL/min。电池的能量密度为187Wh/L，是水介质锌钒液流电池能量密度(41Wh/L)的4.56倍。
实施例6：
阴离子交换膜将电池的正负极室隔开；以碳毡做正、负极，二者的表观面积均为20cm2。负极电解液为100克1-甲基,3-丙基咪唑锌氟三氟乙酸盐离子液体(n＝3)+10％NaF溶液，正极电解液为200克1-甲基,3-丙基咪唑钒氟三氟乙酸盐离子液体(n＝3)+5％NaF溶液。充放电电流为200mA，电解液流速为5mL/min。电池的能量密度为251Wh/L，是水介质锌钒液流电池能量密度(41Wh/L)的6.12倍。
Claims (4)
1.一种液流电池正极用钒基离子液体电解液，其特征是：由1-甲基,3-丙基咪唑钒氟三氟乙酸盐和氟化钠组成，氟化钠在电解液中的质量百分含量为0.5％-10％；
所述的1-甲基,3-丙基咪唑钒氟三氟乙酸盐既是溶剂又是活性物质，其结构式如下：
其中n＝1-3。
2.根据权利要求1所述的一种液流电池正极用钒基离子液体电解液，其特征是：所述的1-甲基,3-丙基咪唑钒氟三氟乙酸盐由四氟化钒与1-甲基，3-丙基咪唑三氟乙酸盐按摩尔比(1-3):1配制。
3.制备权利要求1所述的液流电池正极用钒基离子液体电解液的方法，其特征是：包括以下步骤：
A、把四氟化钒放入烧杯中，置于40-60℃烘箱中6-18小时；
B、将步骤A所得四氟化钒研磨至500-1000目，置于40-60℃烘箱中2-6小时；
C、将步骤B所得四氟化钒加入到1-甲基，3-丙基咪唑三氟乙酸盐中，四氟化钒与1-甲基，3-丙基咪唑三氟乙酸盐的摩尔比为(1-3):1；同时加入500-1000目的氟化钠，不断搅拌2-5小时，即得所需电解液，其中氟化钠占电解液总质量的0.5-10％。
4.根据权利要求3所述的液流电池正极用钒基离子液体电解液的制备方法，其特征是：首先称取58.05克四氟化钒，放在250mL烧杯中，置于50℃烘箱中12小时；然后将四氟化钒研磨到800目，置于50℃烘箱中4小时；最后称取31.95克1-甲基,3-丙基咪唑三氟乙酸盐离子液体，移入烧杯中；往烧杯中加入上述烘干的四氟化钒，充分反应；并加10克800目氟化钠，搅拌3小时；即得所需配制的电解液。
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