CN108123161B - 一种钒电池的胶体电解液及钒电池 - Google Patents

一种钒电池的胶体电解液及钒电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钒电池的胶体电解液，包括以下原料：草酸、硫酸、硫酸氧钒、明胶、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基磺酸钠、硅酸钠、硫酸亚铁、二氧化硅、硫酸钠、五氧化二钒、偏钒酸铵、硫酸钾、硫酸镁、脲和甘油、硝酸铟、硫酸铟、氯化铟、四甲基硫酸氢铵、四甲基硫酸铵、四乙基硫酸铵、正四丙基硫酸氢铵、正四丙基硫酸铵、正四丁基硫酸氢铵、正四丁基硫酸铵，另外还公开了钒电池，包括多个串联的单元电池，每个单元电池包括正极组件、负极组件和位于该正极组件和负极组件之间的隔膜，在隔膜的两侧，液流框内分别容纳有电解液。本发明的钒电池具有优异的电导率和能量效率。

Description

一种钒电池的胶体电解液及钒电池
【技术领域】
本发明属于电池材料制备技术领域，具体涉及一种钒电池的胶体电解液及钒电池。
【背景技术】
钒电池的全称为全钒氧化还原液流电池，是一种活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池。由于钒电池活性物质贮存在电堆外部的储液罐中，钒电池与传统的固相蓄电池相比，具有浓差极化小，电池容量大且容易调整、寿命长，能耐受大电流充放，活性溶液可再生循环使用，不会产生污染环境的废弃物等优势。所以自问世以来在国际国内受到广泛关注并得到快速发展。
中国专利文献“一种钒电池的胶体电解液及钒电池(授权公告号:CN102005583B)”公开了一种钒电池的胶体电解液以及使用该胶体电解液的钒电池，该胶体电解液含有硫酸、硫酸氧钒、明胶和添加剂，所述添加剂含有二氧化硅、碱金属和/或碱土金属的硫酸盐、甘油、金属铟的盐、和C1-C4烷基硫酸铵盐中的一种或多种，使用本发明的胶体电解液，可以减弱水随质子在钒电池隔膜两侧的迁移，使正、负极电解质离子的浓度和体积不平衡的现象有所改善，还可以减弱钒氧离子随质子在钒电池隔膜两侧的迁移，使钒电池的自放电减小，由此可以提高钒电池的循环稳定性，并杜绝了电池液隔膜的毛细渗出现象，从而可以避免漏液问题的发生。但是其电导率和能量效率不高却无法满足实际使用时的需求。
【发明内容】
本发明提供一种钒电池的胶体电解液及钒电池，以解决在中国专利文献“一种钒电池的胶体电解液及钒电池(授权公告号:CN102005583B)”公开的钒电池的胶体电解液电导率和能量效率不高的问题。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案:
一种钒电池的胶体电解液，包括以下原料：草酸、硫酸、硫酸氧钒、明胶、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基磺酸钠、硅酸钠、硫酸亚铁、二氧化硅、硫酸钠、五氧化二钒、偏钒酸铵、硫酸钾、硫酸镁、脲和甘油、硝酸铟、硫酸铟、氯化铟、四甲基硫酸氢铵、四甲基硫酸铵、四乙基硫酸铵、正四丙基硫酸氢铵、正四丙基硫酸铵、正四丁基硫酸氢铵、正四丁基硫酸铵；
所述草酸、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基磺酸钠、硅酸钠、硫酸亚铁、五氧化二钒和偏钒酸铵的重量比为(40-50):(5-15):(4-8):(3-5):(2-4):(8-16):(2-6)。
进一步的，所述草酸、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基磺酸钠、硅酸钠、硫酸亚铁、五氧化二钒和偏钒酸铵的重量比为48.3:12.1:4.6:3.2:2.8:13.6:2.1。
进一步的，以重量份为单位，包括以下原料:草酸40-50份、硫酸25-35份、硫酸氧钒8-16份、明胶4-8份、十六烷基三甲基溴化铵5-15份、十二烷基磺酸钠4-8份、硅酸钠3-5份、硫酸亚铁2-4份、二氧化硅3-6份、硫酸钠2-5份、五氧化二钒8-16份、偏钒酸铵2-6份、硫酸钾1-6份、硫酸镁2-5份、脲和甘油4-8份、硝酸铟3-5份、硫酸铟2-4份、氯化铟1-3份、四甲基硫酸氢铵4-6份、四甲基硫酸铵2-5份、四乙基硫酸铵1-4份、正四丙基硫酸氢铵3-5份、正四丙基硫酸铵2-6份、正四丁基硫酸氢铵1-5份、正四丁基硫酸铵4-8份。
本发明还提供一种钒电池，该钒电池包括多个串联的单元电池，每个单元电池包括正极组件、负极组件和位于该正极组件和负极组件之间的隔膜，所述正极组件包括液流框、集流体和正极极板，所述负极组件包括液流框、集流体和负极极板，在所述隔膜的两侧，所述液流框内分别容纳有电解液，其中所述电解液为上述的胶体电解液。
本发明具有以下有益效果:(1)由实施例1-3和对比例9的数据可见，施用实施例1-3钒电池的胶体电解液的电导率和能量效率显著提高；同时由实施例1-3的数据可见，实施例1为最优实施例。
(2)由实施例1和对比例1-9的数据可见，草酸、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基磺酸钠、硅酸钠、硫酸亚铁、五氧化二钒和偏钒酸铵在制备钒电池的胶体电解液中起到了协同作用，协同提高了钒电池的胶体电解液的电导率和能量效率，这是:草酸作为还原剂运用到本发明的电解液的制备，有效抑制析氧副作用的发生，有利于钒电池的稳定运行。十六烷基三甲基溴化铵和十二烷基磺酸钠作为溶解液，有效提高了电解液的电导率。其中硫酸亚铁中的亚铁离子提高了电池容量，五氧化二钒和偏钒酸铵增加了三价钒粒子，利用了三价钒粒子在溶液中对电荷的转移作用，提高了电解液中的电荷附着在三价钒粒子上，通过三价钒粒子使得电荷转移的效率更高，有效提高了电解液中电荷的转移效率，进一步提高了电解液的导电率和能量效率。同时还控制草酸、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基磺酸钠、硅酸钠、硫酸亚铁、五氧化二钒和偏钒酸铵的重量比为(40-50):(5-15):(4-8):(3-5):(2-4):(8-16):(2-6)，以草酸为主料，有效抑制析氧副作用的发生，有利于钒电池的稳定运行，在保证钒电池在一定稳定范围内，利用十六烷基三甲基溴化铵和十二烷基磺酸钠作为溶解液，以五氧化二钒作为提供三价钒子的主要原料，与溶解液的比例相当，确保了溶解液中有充足的钒粒子作为电荷转移的媒介，并利用偏钒酸铵作为三价钒粒子的补充原料，进一步提高溶解液中钒粒子的成分和电导率，其中硫酸亚铁中的亚铁离子提高了电池容量，其亚铁粒子进一步促进了电荷的转移，进一步提高了电解液的导电效率。
【具体实施方式】
为便于更好地理解本发明，通过以下实例加以说明，这些实例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。
在实施例中，钒电池的胶体电解液，以重量份为单位，包括以下原料:草酸40-50份、硫酸25-35份、硫酸氧钒8-16份、明胶4-8份、十六烷基三甲基溴化铵5-15份、十二烷基磺酸钠4-8份、硅酸钠3-5份、硫酸亚铁2-4份、二氧化硅3-6份、硫酸钠2-5份、五氧化二钒8-16份、偏钒酸铵2-6份、硫酸钾1-6份、硫酸镁2-5份、脲和甘油4-8份、硝酸铟3-5份、硫酸铟2-4份、氯化铟1-3份、四甲基硫酸氢铵4-6份、四甲基硫酸铵2-5份、四乙基硫酸铵1-4份、正四丙基硫酸氢铵3-5份、正四丙基硫酸铵2-6份、正四丁基硫酸氢铵1-5份、正四丁基硫酸铵4-8份。
一种钒电池，该钒电池包括多个串联的单元电池，每个单元电池包括正极组件、负极组件和位于该正极组件和负极组件之间的隔膜，所述正极组件包括液流框、集流体和正极极板，所述负极组件包括液流框、集流体和负极极板，在所述隔膜的两侧，所述液流框内分别容纳有电解液，其中所述电解液为上述胶体电解液。
下面通过更具体实施例对本发明进行说明。
实施例1
一种钒电池的胶体电解液，以重量份为单位，包括以下原料:草酸48.3份、硫酸26.9份、硫酸氧钒13.7份、明胶5.6份、十六烷基三甲基溴化铵12.1份、十二烷基磺酸钠4.6份、硅酸钠3.2份、硫酸亚铁2.8份、二氧化硅5.3份、硫酸钠4.3份、五氧化二钒13.6份、偏钒酸铵2.1份、硫酸钾5.7份、硫酸镁3.9份、脲和甘油6.5份、硝酸铟4.2份、硫酸铟3.9份、氯化铟1.7份、四甲基硫酸氢铵5.6份、四甲基硫酸铵4.2份、四乙基硫酸铵3.8份、正四丙基硫酸氢铵4.7份、正四丙基硫酸铵3.9份、正四丁基硫酸氢铵4.2份、正四丁基硫酸铵6.8份。
一种钒电池，该钒电池包括多个串联的单元电池，每个单元电池包括正极组件、负极组件和位于该正极组件和负极组件之间的隔膜，所述正极组件包括液流框、集流体和正极极板，所述负极组件包括液流框、集流体和负极极板，在所述隔膜的两侧，所述液流框内分别容纳有电解液，其中所述电解液为上述胶体电解液。
实施例2
一种钒电池的胶体电解液，以重量份为单位，包括以下原料:草酸40份、硫酸35份、硫酸氧钒8份、明胶8份、十六烷基三甲基溴化铵5份、十二烷基磺酸钠8份、硅酸钠3份、硫酸亚铁4份、二氧化硅3份、硫酸钠5份、五氧化二钒8份、偏钒酸铵6份、硫酸钾1份、硫酸镁5份、脲和甘油4份、硝酸铟5份、硫酸铟2份、氯化铟3份、四甲基硫酸氢铵4份、四甲基硫酸铵5份、四乙基硫酸铵1份、正四丙基硫酸氢铵5份、正四丙基硫酸铵2份、正四丁基硫酸氢铵5份、正四丁基硫酸铵4份。
一种钒电池，该钒电池包括多个串联的单元电池，每个单元电池包括正极组件、负极组件和位于该正极组件和负极组件之间的隔膜，所述正极组件包括液流框、集流体和正极极板，所述负极组件包括液流框、集流体和负极极板，在所述隔膜的两侧，所述液流框内分别容纳有电解液，其中所述电解液为上述胶体电解液。
实施例3
一种钒电池的胶体电解液，以重量份为单位，包括以下原料:草酸50份、硫酸25份、硫酸氧钒16份、明胶4份、十六烷基三甲基溴化铵15份、十二烷基磺酸钠4份、硅酸钠5份、硫酸亚铁2份、二氧化硅6份、硫酸钠2份、五氧化二钒16份、偏钒酸铵2份、硫酸钾6份、硫酸镁2份、脲和甘油8份、硝酸铟3份、硫酸铟4份、氯化铟1份、四甲基硫酸氢铵6份、四甲基硫酸铵2份、四乙基硫酸铵4份、正四丙基硫酸氢铵3份、正四丙基硫酸铵6份、正四丁基硫酸氢铵1份、正四丁基硫酸铵8份。
一种钒电池，该钒电池包括多个串联的单元电池，每个单元电池包括正极组件、负极组件和位于该正极组件和负极组件之间的隔膜，所述正极组件包括液流框、集流体和正极极板，所述负极组件包括液流框、集流体和负极极板，在所述隔膜的两侧，所述液流框内分别容纳有电解液，其中所述电解液为上述胶体电解液。
对比例1
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备钒电池的胶体电解液的原料中缺少草酸、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基磺酸钠、硅酸钠、硫酸亚铁、五氧化二钒和偏钒酸铵。
对比例2
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备钒电池的胶体电解液的原料中缺少草酸。
对比例3
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备钒电池的胶体电解液的原料中缺少十六烷基三甲基溴化铵。
对比例4
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备钒电池的胶体电解液的原料中缺少十二烷基磺酸钠。
对比例5
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备钒电池的胶体电解液的原料中缺少硅酸钠。
对比例6
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备钒电池的胶体电解液的原料中缺少硫酸亚铁。
对比例7
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备钒电池的胶体电解液的原料中缺少五氧化二钒。
对比例8
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备钒电池的胶体电解液的原料中缺少偏钒酸铵。
对比例9
采用中国专利文献“一种钒电池的胶体电解液及钒电池(授权公告号:CN102005583B)”实施例1-3的工艺制备钒电池的胶体电解液。
对实施例1-3和对比例1-9的钒电池的胶体电解液进行各项指标检测，得到的检测结果如下表:
Figure BDA0001511090780000061
由上表可知:(1)由实施例1-3和对比例9的数据可见，施用实施例1-3钒电池的胶体电解液的电导率和能量效率显著提高；同时由实施例1-3的数据可见，实施例1为最优实施例。
(2)由实施例1和对比例1-9的数据可见，草酸、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基磺酸钠、硅酸钠、硫酸亚铁、五氧化二钒和偏钒酸铵在制备钒电池的胶体电解液中起到了协同作用，协同提高了钒电池的胶体电解液的电导率和能量效率，这是:草酸作为还原剂运用到本发明的电解液的制备，有效抑制析氧副作用的发生，有利于钒电池的稳定运行。十六烷基三甲基溴化铵和十二烷基磺酸钠作为溶解液，有效提高了电解液的电导率。其中硫酸亚铁中的亚铁离子提高了电池容量，五氧化二钒和偏钒酸铵增加了三价钒粒子，利用了三价钒粒子在溶液中对电荷的转移作用，提高了电解液中的电荷附着在三价钒粒子上，通过三价钒粒子使得电荷转移的效率更高，有效提高了电解液中电荷的转移效率，进一步提高了电解液的导电率和能量效率。同时还控制草酸、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基磺酸钠、硅酸钠、硫酸亚铁、五氧化二钒和偏钒酸铵的重量比为(40-50):(5-15):(4-8):(3-5):(2-4):(8-16):(2-6)，以草酸为主料，有效抑制析氧副作用的发生，有利于钒电池的稳定运行，在保证钒电池在一定稳定范围内，利用十六烷基三甲基溴化铵和十二烷基磺酸钠作为溶解液，以五氧化二钒作为提供三价钒子的主要原料，与溶解液的比例相当，确保了溶解液中有充足的钒粒子作为电荷转移的媒介，并利用偏钒酸铵作为三价钒粒子的补充原料，进一步提高溶解液中钒粒子的成分和电导率，其中硫酸亚铁中的亚铁离子提高了电池容量，其亚铁粒子进一步促进了电荷的转移，进一步提高了电解液的导电效率。
以上内容不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (2)

1.一种钒电池，其特征在于，该钒电池包括多个串联的单元电池，每个单元电池包括正极组件、负极组件和位于该正极组件和负极组件之间的隔膜，所述正极组件包括液流框、集流体和正极极板，所述负极组件包括液流框、集流体和负极极板，在所述隔膜的两侧，所述液流框内分别容纳有电解液，其中所述电解液以重量份为单位，包括以下原料: 草酸40-50份、硫酸25-35份、硫酸氧钒8-16份、明胶4-8份、十六烷基三甲基溴化铵5-15份、十二烷基磺酸钠4-8份、硅酸钠3-5份、硫酸亚铁2-4份、二氧化硅3-6份、硫酸钠2-5份、五氧化二钒8-16份、偏钒酸铵2-6份、硫酸钾1-6份、硫酸镁2-5份、脲和甘油4-8份、硝酸铟3-5份、硫酸铟2-4份、氯化铟1-3份、四甲基硫酸氢铵4-6份、四甲基硫酸铵2-5份、四乙基硫酸铵1-4份、正四丙基硫酸氢铵3-5份、正四丙基硫酸铵2-6份、正四丁基硫酸氢铵1-5份、正四丁基硫酸铵4-8份。
2.如权利要求1所述的钒电池，其特征在于，所述草酸、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基磺酸钠、硅酸钠、硫酸亚铁、五氧化二钒和偏钒酸铵的重量比为48.3: 12.1: 4.6: 3.2:2.8: 13.6: 2.1。
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