CN114447387A - 一种利用水合肼合成全钒液流电池电解液的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电解液制备技术领域，且公开了一种利用水合肼合成全钒液流电池电解液的制备方法，包括以下步骤：使用水合肼作为一次化学还原剂与固体V2O5粉末合成三价钒离子的硫酸溶液，随后使用三价钒离子作为二次还原剂得到3.5价钒离子硫酸溶液。该利用水合肼合成全钒液流电池电解液的制备方法，通过采用水溶的水合肼替代传统的不溶物硫单质，可以保证还原剂硫代乙酰胺在溶液中的均匀分散，从而提高还原效率，同时水合肼在还原V2O5后得到三价钒离子以及水和二氧化碳，不会残留在电解液中，保证了对于杂质含量的要求，且一次还原合成实现了操作简单、方便且成本较低的电解液制备路线。
Description
技术领域
本发明涉及电解液制备技术领域，为一种利用水合肼合成全钒液流电池电解液的制备方法，具体为一种利用水合肼作为还原剂的化学法合成全钒液流电用3.5价钒离子硫酸溶液的制备方法。
背景技术
全钒液流电池(allvanadiumredoxflowbattery，简称VFB)是一种新型无污染化学储能电源，具有寿命长、可深度充放电、易操作和维护的特点，VFB主要应用于风力发电和太阳能发电等大规模可再生能源发电的储能系统以及电厂调峰平衡负荷等领域，电解液是VFB电化学反应的活性物质，是电能的载体，其质量直接决定了VFB的储能能力，根据不同的应用配置，电解液的成本能够占到储能系统的30％～60％，因此寻求一条有效的制备电解液的路径，降低VFB的生产成本，对推进加快VFB商业化和实用化的速度十分重要。
VFB采用不同价态钒离子的硫酸溶液作为电解质，通常正极电解液采用四价钒离子溶液，充电被氧化为五价钒离子溶液；负极电解液采用三价钒离子溶液，充电还原为二价钒离子溶液，所以制备三、四价钒离子溶液对实际现场操作至关重要。
但是，V2O5在水中溶解度很小，在酸中也不易溶解，所以无法直接用硫酸溶液作为VFB的电解液，需要对其进行还原处理，处理的方法主要有化学还原法和电解还原法，化学法主要是以钒氧化物或其它钒盐为原料，在一定浓度的硫酸溶液中加热并加入还原剂(如S和SO2等)使其溶解并还原为低价易溶的钒化合物，从而制得一定浓度的钒电解液，化学合成法方法的优点是生产设备简单，但固体的溶解速度慢，加入的还原剂会残留在钒电解液中难以根除，影响钒电解液的纯度和性能。电解还原法可以克服化学法存在的缺点，但是因为V2O5粉末的溶解度低，导致初始电解液为浆态料，存在初始电解质浓度低和易沉淀等问题，故而提出一种利用水合肼合成全钒液流电池电解液的制备方法。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种利用水合肼合成全钒液流电池电解液的制备方法，具备杂质含量低和还原效率高的优点，解决了现有的电解液电解还原法可以克服化学法存在的缺点，但是因为V2O5粉末的溶解度低，导致初始电解液为浆态料，存在初始电解质浓度低和易沉淀等问题的问题。
(二)技术方案
为实现上述杂质含量低和还原效率高目的，本发明提供如下技术方案：一种利用水合肼合成全钒液流电池电解液的制备方法，包括以下步骤：使用水合肼作为一次化学还原剂与固体V2O5粉末合成三价钒离子的硫酸溶液，随后使用三价钒离子作为二次还原剂得到3.5价钒离子硫酸溶液。
优选的，所述固体V2O5粉末与水合肼硫酸的混合物在80-100℃形成均匀分散的固溶物，并进行反应2-4h。
优选的，所述固体V2O5粉末与水合肼的重量比例在100:1-200:1之间。
优选的，所述固体V2O5粉末与硫酸的固液比例为：100g：10ml至100g：100ml之间。
优选的，所述固体V2O5粉末与水合肼还原后得到的溶液的固液比在100g：10ml至100g：50ml之间。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种利用水合肼合成全钒液流电池电解液的制备方法，具备以下有益效果：
该利用水合肼合成全钒液流电池电解液的制备方法，通过采用水溶的水合肼替代传统的不溶物硫单质，可以保证还原剂硫代乙酰胺在溶液中的均匀分散，从而提高还原效率，同时水合肼在还原V2O5后得到三价钒离子以及水和二氧化碳，不会残留在电解液中，保证了对于杂质含量的要求，且一次还原合成实现了操作简单、方便且成本较低的电解液制备路线。
附图说明
图1为本发明提出的一种利用水合肼合成全钒液流电池电解液的制备方法对比例一电解液性能图；
图2为本发明提出的一种利用水合肼合成全钒液流电池电解液的制备方法实施例一电解液性能图；
图3为本发明提出的一种利用水合肼合成全钒液流电池电解液的制备方法实施例二电解液性能图；
图4为本发明提出的一种利用水合肼合成全钒液流电池电解液的制备方法实施例三电解液性能图。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
对比例一:
固体V2O5粉末与硫单质的混合物在加入浓硫酸混合后于90℃形成均匀分散的固溶物，V2O5粉末与硫代乙酰胺的重量比例在50:1，V2O5粉末和硫混合物与硫酸的固液比例为：100g：100ml；均匀混合5h后得到溶液1。
以此溶液组装全钒液流电电池进行性能测试，以评价电解液性能，见图1。
全钒液流电池测试条件：正负极为800cm2碳毡电极，正负极均采用所制得的溶液，采用80mA/cm2的电流密度进行充放电循环，充电电截止条件为电压不高于1.5V，放电截止条件为电压不低于0.1V，以下所有电池测试均采用此方法。
实施例一：
固体V2O5粉末与水合肼硫酸的混合物在80℃形成均匀分散的固溶物，并进行反应2h；V2O5粉末与水合肼的重量比例为100:1；V2O5粉末与硫酸的固液比例为：100g：10ml；进一步，将V2O5粉末加入到水合肼还原后得到的溶液中混合均匀，20℃反应2h；V2O5粉末与水合肼还原后得到的溶液的固液比为100g：10ml。
以此溶液组装全钒液流电电池进行性能测试，以评价电解液性能，见图2。
实施例二：
固体V2O5粉末与水合肼硫酸的混合物在90℃形成均匀分散的固溶物，并进行反应3h；V2O5粉末与水合肼的重量比例为150:1；V2O5粉末与硫酸的固液比例为：100g：50ml；进一步，将V2O5粉末加入到水合肼还原后得到的溶液中混合均匀，30℃反应3h；V2O5粉末与水合肼还原后得到的溶液的固液比为100g：25ml。
以此溶液组装全钒液流电电池进行性能测试，以评价电解液性能，见图3。实施例三：
固体V2O5粉末与水合肼硫酸的混合物在100℃形成均匀分散的固溶物，并进行反应4h；V2O5粉末与水合肼的重量比例为200:1；V2O5粉末与硫酸的固液比例为100g：100ml；进一步，将V2O5粉末加入到水合肼还原后得到的溶液中混合均匀，40℃反应5h；V2O5粉末与水合肼还原后得到的溶液的固液比为100g：50ml。
以此溶液组装全钒液流电电池进行性能测试，以评价电解液性能，见图4。
性能对比表
| 序号 | 溶液 | 库伦效率(％) | 电压效率(％) | 能量效率(％) |
| 1 | 对比例一 | 95 | 77 | 73 |
| 2 | 实施例一 | 95 | 83 | 79 |
| 3 | 实施例二 | 96 | 89 | 85 |
| 4 | 实施例三 | 95 | 85 | 81 |
由表中数据可以发现，采用硫单质作为还原剂得到的电解液在电池性能上均明显低于采用水合肼结合三价钒离子作为还原剂得到电解液电池性能。
本发明的有益效果是：该利用水合肼合成全钒液流电池电解液的制备方法，通过采用水溶的水合肼替代传统的不溶物硫单质，可以保证还原剂硫代乙酰胺在溶液中的均匀分散，从而提高还原效率，同时水合肼在还原V2O5后得到三价钒离子以及水和二氧化碳，不会残留在电解液中，保证了对于杂质含量的要求，且一次还原合成实现了操作简单、方便且成本较低的电解液制备路线，解决了现有的电解液电解还原法可以克服化学法存在的缺点，但是因为V2O5粉末的溶解度低，导致初始电解液为浆态料，存在初始电解质浓度低和易沉淀等问题的问题。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种利用水合肼合成全钒液流电池电解液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：使用水合肼作为一次化学还原剂与固体V2O5粉末合成三价钒离子的硫酸溶液，随后使用三价钒离子作为二次还原剂得到3.5价钒离子硫酸溶液。
2.根据权利要求1所述的一种利用水合肼合成全钒液流电池电解液的制备方法，其特征在于，所述固体V2O5粉末与水合肼硫酸的混合物在80-100℃形成均匀分散的固溶物，并进行反应2-4h。
3.根据权利要求1所述的一种利用水合肼合成全钒液流电池电解液的制备方法，其特征在于，所述固体V2O5粉末与水合肼的重量比例在100:1-200:1之间。
4.根据权利要求1所述的一种利用水合肼合成全钒液流电池电解液的制备方法，其特征在于，所述固体V2O5粉末与硫酸的固液比例为：100g：10ml至100g：100ml之间。
5.根据权利要求1所述的一种利用水合肼合成全钒液流电池电解液的制备方法，其特征在于，所述固体V2O5粉末与水合肼还原后得到的溶液的固液比在100g：10ml至100g：50ml之间。
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