CN110729506A - 一种含复合添加剂的铁铬液流电池电解液及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含复合添加剂的铁铬液流电池电解液，属于液流电池储能技术领域。于铁铬液流电池基础电解液中添加含有铋和铅的复合添加剂，添加后电解液中铅离子为Pb2+、Pb4+中的一种或者两种，铋离子为Bi3+。所述复合添加剂作为电解液添加剂能够提高电解液的析氢过电位，减少副反应，减缓容量衰减，同时还能够提高铬离子的电化学活性，提高电池性能，实现电解液在电池中的稳定运行。

Description

一种含复合添加剂的铁铬液流电池电解液及其应用
技术领域
本发明涉及液流电池储能技术领域，具体涉及一种含复合添加剂的铁铬液流电池电解液及其应用。
背景技术
随着化石能源的不断消耗及环境污染日益严重，太阳能、风能等可再生能源受到广泛应用。然而这些可再生能源发电的不稳定性和不连续性制约了其进一步的发展。为提高可再生能源发电的电力品质和可靠性，规模储能技术是有效的解决方法之一。铁铬液流电池由于其具有系统能源和功率相互独立、响应速度快、安全可靠、循环寿命长、能量效率高等优点而成为可再生能源发电等规模化储能中最具发展前景的技术之一。
作为铁铬液流电池的关键组件，电解液在很大程度上决定了电池的性能及稳定性。在实际运行过程中，由于负极电解液中铬离子的反应活性低，远低于正极的反应活性，导致电池性能较低，且铬离子反应的电极电位与析氢电位接近，在充放电过程中，铁铬电池的性能受析氢反应影响较大。此外，铁铬电池通常采用较高的工作温度，又加剧了析氢反应，导致在多循环运行时，电池的容量衰减较快。因此，提高铁铬电池电解液中铬离子的反应活性，减少析氢副反应尤其重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含复合添加剂的铁铬液流电池电解液及其应用，用于提高铁铬液流电池的性能，减少析氢副反应，从而达到铁铬液流电池高效稳定运行的目的。
为了实现上述目的，本发明采用得技术方案为：
一种含复合添加剂的铁铬液流电池电解液，是在基础电解液中添加含有铋和铅的复合添加剂后获得，所述基础电解液的组成如下：
所述基础电解液的优选组成如下：
Figure BDA0002288354270000022
所述基础电解液中，铁离子为Fe3+和/或Fe2+，铬离子为Cr3+、Cr2+、CrO4 2-、CrO2 -和Cr2O7 2-中的一种或几种。
在所述基础电解液添加复合添加剂后，电解液中铅离子浓度为0.001mol/L～0.5mol/L，铋离子浓度为0.001mol/L～0.5mol/L。优选的铅离子浓度为0.01mol/L～0.3mol/L，优选的铋离子浓度为0.01mol/L～0.2mol/L。
该含复合添加剂的铁铬液流电池电解液中，铅离子为Pb2+和/或Pb4+，铋离子为Bi3+。
所述含有铋和铅的复合添加剂是由含铋化合物和含铅化合物组成，所述含铋化合物为BiCl3、Bi(NO3)3、BiPO4、Bi2(SO4)3、Bi(C2H3O2)3和BiBr3中的一种或几种，所述含铅化合物为PbCl2、Pb(NO3)2、Pb(C2H3O2)2、PbCl4、Pb(NO3)4和PbBr4中的一种或几种。
所述含有添加剂的铁铬液流电池电解液作为正极电解液或者负极电解液用于铁铬液流电池中。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明使用的含复合添加剂，能够提高电极反应的电化学活性，提高电池性能。
2)本发明使用的复合添加剂加入基础电解液后，能够提高氢离子的析出电位，减少负极电解液的析氢量，从而提高电池的效率，同时减缓性能衰减，保证电池长期地高效稳定运行。
附图说明
图1是实施例1中基础电解液中含有与未含有复合添加剂的负极电解液组装电池时的放电容量循环测试结果。
图2是实施例1中基础电解液中含有与未含有复合添加剂的负极电解液组装电池时的能量效率循环测试结果。
具体实施方式
下面的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。
以下实施例中，“M”是指“mol/L”。
实施例1
向基础电解液中(1.0MFeCl2、1.0MCrCl3、3MHCl，余量为水)中分别加入PbCl2和BiCl3，使电解液中Pb2+和Bi3+的浓度均为10mM。充分搅拌均匀并且完全溶解后制得待测电解液。分别用70mL含PbCl2和BiCl3的待测电解液和空白电解液(1.0MFeCl2、1.0MCrCl3、3MHCl，余量为水)作为负极电解液，70mL的空白电解液作为正极电解液，组装两个铁铬液流电池。其中，电池隔膜为60μm全氟磺酸膜(朝阳华鼎储能技术有限公司)，隔膜有效面积为50cm2，电极为石墨毡，双极板为石墨板，电流密度为120mA/cm2。单电池在65℃条件下进行恒流充放电，截止电压为0.7V～1.2V，由此得到如图1和图2所示的电池容量衰减曲线和效率曲线。使用空白电解液的电池在充放电过程中，由于铬离子电化学活性低且电极电位与析氢电位接近，造成电池性能较低，且析氢严重，导致容量衰减较快。由图中可以看出，与未加入添加剂的电池相比，本实施例采用含有适量Pb2+和Bi3+的电解液时，由于Bi3+离子可以促进铬离子的反应，同时Pb2+提高电解液的析氢过电位，不仅提高了电池的性能，也有效的抑制了析氢反应的发生，减缓了容量衰减。因此，Pb2+和Bi3+能够明显改善电解液长期运行的稳定性，提高电池的容量保持率，实现铁铬液流电池更稳定的运行。
实施例2
操作同实施例1所述，与实施例1不同之处在于：所加入的PbCl2和BiCl3浓度分别为20mM和10mM，结果发现该电池稳定运行150次循环左右，库伦效率仍有96％，能量效率80％，容量保持率为60％。
实施例3
操作同实施例1所述，与实施例1不同之处在于，所采用的添加剂为Pb(NO3)2和Bi(NO3)2，结果发现该电池运行可以稳定运行200次循环左右，库伦效率仍有96.5％，能量效率82％，容量保持率为70％。

Claims (7)

1.一种含复合添加剂的铁铬液流电池电解液，其特征在于：该含复合添加剂的铁铬液流电池电解液是在基础电解液中添加含有铋和铅的复合添加剂后获得，所述基础电解液的组成如下：
Figure FDA0002288354260000011
在所述基础电解液添加复合添加剂后，电解液中铅离子浓度为0.001mol/L～0.5mol/L，电解液中铋离子浓度为0.001mol/L～0.5mol/L。
2.根据权利要求1所述的含复合添加剂的铁铬液流电池电解液，其特征在于：所述基础电解液的组成如下：
3.根据权利要求1或2所述的含复合添加剂的铁铬液流电池电解液，其特征在于：所述基础电解液中，铁离子为Fe3+和/或Fe2+，铬离子为Cr3+、Cr2+、CrO4 2-、CrO2 -和Cr2O7 2-中的一种或几种。
4.根据权利要求1或2所述的含复合添加剂的铁铬液流电池电解液，其特征在于：该含复合添加剂的铁铬液流电池电解液中，铅离子浓度为0.01mol/L～0.3mol/L，铋离子浓度为0.01mol/L～0.2mol/L。
5.根据权利要求1所述的含复合添加剂的铁铬液流电池电解液，其特征在于：该含复合添加剂的铁铬液流电池电解液中，铅离子为Pb2+和/或Pb4+，铋离子为Bi3+。
6.根据权利要求5所述的含复合添加剂的铁铬液流电池电解液，其特征在于：所述含有铋和铅的复合添加剂是由含铋化合物和含铅化合物组成，所述含铋化合物为BiCl3、Bi(NO3)3、BiPO4、Bi2(SO4)3、Bi(C2H3O2)3和BiBr3中的一种或几种，所述含铅化合物为PbCl2、Pb(NO3)2、Pb(C2H3O2)2、PbCl4、Pb(NO3)4和PbBr4中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的含复合添加剂的铁铬液流电池电解液的应用，其特征在于：所述含有添加剂的铁铬液流电池电解液作为正极电解液或者负极电解液用于铁铬液流电池中。
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