CN106299437A - 钒电池及其负极电解液以及提高其电化学活性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种钒电池及其负极电解液以及提高其电化学活性的方法。所述方法通过向钒电池负极电解液中加入Sn的磷酸盐，得到电化学活性提高的钒电池负极电解液。所述钒电池负极电解液包括：1.0mol/L～1.8mol/L的钒离子、2.0mol/L～5.0mol/L的硫酸、0.01mol/L～0.3mol/L的Sn的磷酸盐。所述钒电池，包括正极、负极、正极电解液、负极电解液、隔膜，所述负极电解液为根据本发明的钒电池负极电解液。本发明可提高钒电池电解液的电化学活性，提高在大电流密度条件下充放电时电解液的利用率，同时提高了钒电池的能量效率和减小了电池容量衰减，并且本发明的方法简单易行，可以延长了钒电池运行寿命。

Description

钒电池及其负极电解液以及提高其电化学活性的方法
技术领域
本发明属于液流储能钒电池领域，具体地说，涉及一种钒电池(全称为全钒氧化还原液流电池)及其负极电解液，以及提高钒电池负极电解液电化学活性和减小容量衰减的方法。
背景技术
通常，随着化石能源的不断枯竭和环境日益恶化，可再生能源(如风能、太阳能等)的开发利用越来越受到人们的关注。但可再生能源受地域、气象等条件的限制，具有不稳定性和不连续性。为了更好地利用新能源，必须发展大规模的储能技术。钒电池因其具有输出功率和容量相互独立、功率和容量大、循环使用寿命长、能量效率高、深度充放电性能好、安全性能高等优点，被认为是最具应用前景之一的大规模储能电池，越来越受到人们的关注。
其中，钒电池是一种以不同价态钒离子为活性物质的氧化还原电池，V(V)和V(IV)电对作为正极活性物质，V(III)和V(II)电对作为负极活性物质。钒电池主要由电极、电解液和隔膜组成。电解液作为钒电池的关键材料，是活性物质的载体，其性能的好坏直接影响钒电池的性能。
但是，目前钒电池电解液的电化学活性比较低，导致钒电池在大电流密度下进行充、放电循环时，电解液的利用率不高，且能量效率较低。同时，由于在电池运行过程中负极电解液向正极电解液液迁移，导致电池容量衰减，
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的上述问题中的至少一个。
例如，本发明的目的之一在于提高钒电池负极电解液电化学活性和减少电池容量衰减，使得钒电池电解液的利用率和能量效率得到提高，同时提高电解液的使用寿命
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种提高钒电池负极电解液电化学活性的方法，所述方法为：向钒电池负极电解液中加入Sn的磷酸盐，得到电化学活性提高和容量衰减减小的钒电池负极电解液。
在本发明的一个示例性实施例中，所述Sn的磷酸盐可以为磷酸亚锡、焦磷酸亚锡和磷酸锡中的一种或两种以上。
在本发明的一个示例性实施例中，所述Sn的磷酸盐的含量为0.01mol/L～0.3mol/L，优选的为0.01mol/L～0.2mol/L。
本发明另一方面提供了一种钒电池负极电解液，所述钒电池负极电解液中包括：1.0mol/L～1.8mol/L的钒离子、2.0mol/L～5.0mol/L的硫酸、0.01mol/L～0.3mol/L的Sn的磷酸盐。
本发明另一方面提供了一种钒电池，包括正极、负极、正极电解液、负极电解液、隔膜，所述负极电解液中包括：1.0mol/L～1.8mol/L的钒离子、2.0mol/L～5.0mol/L的硫酸、0.01mol/L～0.3mol/L的Sn的磷酸盐。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果包括：
(1)可提高钒电池负极电解液的电化学活性，提高在大电流密度条件下充放电时电解液的利用率，同时提高了钒电池的能量效率。
(2)可减小电池容量的衰减，提高电解液的使用寿命。
(3)本发明提出的方法简单易行，延长了钒电池运行寿命。
附图说明
图1是本发明实施例1添加剂加入前后电解液的循环伏安曲线
具体实施方式
在下文中，将结合说明书附图和示例性实施例来详细说明本发明的钒电池及其负极电解液以及提高其电化学活性的方法。
本发明的提高钒电池负极电解液电化学活性的方法包括：向钒电池负极电解液中加入Sn的磷酸盐，搅拌，溶解后得到电化学活性提高的钒电池负极电解液。其中，Sn的磷酸盐可以为磷酸亚锡、焦磷酸亚锡和磷酸锡中的一种或两种以上的组合，向钒电池负极电解液中加入的Sn的磷酸盐的为0.01mol/L～0.3mol/L，优选的为0.01mol/L～0.2mol/L。
本发明的钒电池负极电解液包括：：1.0mol/L～1.8mol/L的钒离子、2.0mol/L～5.0mol/L的硫酸、0.01mol/L～0.3mol/L的Sn的磷酸盐。
本发明的钒电池，包括正极、负极、正极电解液、负极电解液、隔膜，其中，负极电解液中包括：1.0mol/L～1.8mol/L的钒离子、2.0mol/L～5.0mol/L的硫酸、0.01mol/L～0.3mol/L的Sn的磷酸盐。
下面将结合具体示例来进一步详细描述本发明的示例性实施例。
实施例1
向钒离子浓度为1.6mol/L、硫酸浓度为3.0mol/L、V(III)/V(IV)为1:1的100mL钒电池电解液中，加入焦磷酸亚锡，使溶液中Sn2+浓度为0.2mol/L，搅拌溶解后制得循环伏安(CV)待测电解液。
以不含任何添加剂的相同钒电池电解液作为空白溶液进行对比。采用三电极体系(工作电极WE：单位面积(1*1cm2)石墨棒；辅助电极CE：面积为2*2cm2的铂片；参比电极RE：饱和甘汞电极)进行循环伏安测试。扫描范围是-0.7～1.4V，扫速为20mV/s。
从图1中可以看出，电解液中加入焦磷酸亚锡后，V(IV)/V(V)电对反应的氧化峰电流和V(II)/V(III)电对反应的还原峰电流明显提高，同时V(IV)/V(V)电对反应和V(II)/V(III)电对反应的峰电位差减小，说明添加焦磷酸亚锡后，电解液的电化学活性有所提高。
实施例2
向钒离子浓度为1.6mol/L，硫酸浓度为3.0mol/L，V(III)/V(IV)为1:1的250mL的钒电解液中，加入焦磷酸亚锡，使溶液中Sn2+浓度为0.2mol/L，搅拌溶解后制得待测电解液。
实施例3
向钒离子浓度为1.6mol/L，硫酸浓度为3.0mol/L，V(III)/V(IV)为1:1的250mL的钒电解液中，加入磷酸亚锡，使溶液中Sn2+浓度为0.05mol/L，搅拌溶解后制得待测电解液。
实施例4
向钒离子浓度为1.6mol/L，硫酸浓度为3.0mol/L，V(III)/V(IV)为1:1的250mL的钒电解液中加入磷酸锡，使溶液中Sn4+浓度为0.1mol/L，搅拌溶解后制得待测电解液。
实施例5
向钒离子浓度为1.6mol/L，硫酸浓度为3.0mol/L，V(III)/V(IV)为1:1的250mL的钒电解液中加入焦磷酸亚锡和磷酸亚锡，使溶液中Sn2+浓度为0.1mol/L，搅拌溶解后制得待测电解液。
实施例6
向钒离子浓度为1.6mol/L，硫酸浓度为3.0mol/L，V(III)/V(IV)为1:1的250mL的钒电解液中加入焦磷酸亚锡和磷酸锡，使溶液中Sn2+浓度为0.1mol/L，Sn4+浓度为0.05mol/L，搅拌溶解后制得待测电解液。
对比例
配置钒离子浓度为1.6mol/L，硫酸浓度为3.0mol/L，V(III)/V(IV)为1:1的250mL的钒电解液。
组装单电池进行测试，其中，正极电解液采用250mL钒离子浓度为1.6mol/L，硫酸浓度为3.0mol/L，V(III)/V(IV)为1:1的钒电解液，负极溶液采用实施例2～6和对比例。测试电流密度为100mA/cm-2。
表1不同负极电解液单电池运行100次循环的性能比较
实施方式 平均电流效率 平均电压效率 平均能量效率
比较例 95.12％ 81.20％ 77.24％
实施例2 95.28％ 88.50％ 84.32％
实施例3 95.44％ 88.10％ 84.08％
实施例4 95.53％ 88.80％ 84.83％
实施例5 95.26％ 88.90％ 84.69％
实施例6 95.48％ 88.80％ 84.79％
表2不同负极电解液单电池100循环的容量衰减比较
从表1中可以看出，添加添加剂后，电池的电压效率和能量效率有了大幅度的提高。从表2中可以看出，添加添加剂后，电池的第1次循环的放电容量有了较大的提高，电池平均容量衰减率有了较大的降低，说明添加剂的加入，有利于提高电解液的利用率和减小电池容量衰减。
综上所述，本发明的有益效果包括：
(1)可提高钒电池电解液的电化学活性，提高在大电流密度条件下充放电时电解液的利用率，同时提高了钒电池的能量效率。
(2)可减小电池容量衰减，提高电解液使用寿命。
(3)本发明提出的方法简单易行，延长了钒电池运行寿命。
尽管上面已经结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

Claims (6)

1.提高钒电池负极电解液电化学活性的方法，其特征在于，所述方法通过向钒电池负极电解液中加入Sn的磷酸盐，得到电化学活性提高的钒电池负极电解液，同时减小了电池容量的衰减。
2.根据权利要求1所述的提高钒电池负极电解液电化学活性的方法，其特征在于，所述Sn的磷酸盐为磷酸亚锡、焦磷酸亚锡和磷酸锡中的一种或两种以上。
3.根据权利要求1所述的提高钒电池负极电解液电化学活性的方法，其特征在于，所述Sn的磷酸盐的用量为0.01mol/L～0.3mol/L。
4.根据权利要求1所述的提高钒电池负极电解液电化学活性的方法，其特征在于，所述Sn的磷酸盐的用量为0.01mol/L～0.2mol/L。
5.一种钒电池负极电解液，其特征在于，所述钒电池负极电解液中包括：1.0mol/L～1.8mol/L的钒离子、2.0mol/L～5.0mol/L的硫酸、0.01mol/L～0.3mol/L的Sn的磷酸盐。
6.一种钒电池，包括正极、负极、正极电解液、负极电解液、隔膜，其特征在于，所述负极电解液中包括：1.0mol/L～1.8mol/L的钒离子、2.0mol/L～5.0mol/L的硫酸、0.01mol/L～0.3mol/L的Sn的磷酸盐。
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