CN1828991A - 钒氧化还原液流电池用电解液的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钒氧化还原液流电池用电解液的制备方法，(1)将重量比为1.5～2.5∶1的三氧化二钒和五氧化二钒的粉料放入炉内以200℃～700℃温度焙烧，使黄色粉末变成黑色粉末，得到多价钒的化合物，其中四价钒大于总钒的50％；(2)将比重为1.84的浓硫酸加入蒸馏水进行2∶1稀释后加入上述的化合物，按质量分数，配制成浓度为65％～75％的硫酸氧钒溶液，其中总钒浓度在25～45％；(3)再加入浓度为1％～10％的碱金属盐或碱金属盐和碱土金属盐。本发明由于在硫酸氧钒溶液中加入了添加剂，不仅提高钒离了的溶解度，较好地解决了钒氧化还原液流电池在充放电过程中易在正极区结晶、堵塞电池中流场的问题，而且还可降低钒离子在膜中的渗透的问题，大幅度提高电池的能源效率。

Description

钒氧化还原液流电池用电解液的制备方法
技术领域
发明涉及一种蓄电池的电解液的制备方法，特别是涉及一种钒氧化还原液流电池用电解液的制备方法。
背景技术
自1985年澳大利亚新南威尔士大学的Marria Kazacos提出采用硫酸氧钒作为电池的活性物质，经过十多年的研发，钒氧化还原液流电池技术已经趋近成熟。近几年来，钒氧化还原液流电池(Redox flow cell)已受到极大的关注，主要原因是，这一电池体系具有电池容量可调，无固相反应，不发生电极物质结构形态的改变、价格便宜、高循环使用寿命、高安全性以及高能量效率等特点，是一种理想的风力发电、太阳能发电系统中的储电设备。钒电池是采用硫酸氧钒溶液作为电解液，通过多价的钒离子在正、负电极上完成电子交换，实现充放电。由于钒电池的能量是取决于电解液的体积和电解液的浓度，因此，为提高电池的能量密度，通常是采用增加电解液的浓度和体积来实现的。而高浓度的硫酸氧钒溶液，在电池的充放电过程中又很容易在正极区析出硫酸钒结晶，由于结晶的存在而堵塞电池中的流场，因此大幅度降低了电池的能源效率。另一方面，由于电池电极上的导电隔膜是采用活化处理后的质子交换膜，因此钒电池在充放电过程中，钒离子会渗透在质子交换膜上，进而更进一步地降低了钒电池的能源效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种制作方便，能提高钒电池的能源效率的钒氧化还原液流电池用电解液的制备方法。
本发明为达到上述目的的技术方案是：一种钒氧化还原液流电池用电解液的制备方法，其特征在于：
(1)、将重量比为1.5～2.5∶1的三氧化二钒和五氧化二钒的粉料放入炉内以200℃～700℃温度焙烧，使黄色粉末变成黑色粉末，得到多价钒的化合物，其中四价钒大于总钒的50％；
(2)、将比重为1.84的浓硫酸加入蒸馏水进行2∶1稀释，加入上述的化合物，按质量分数，配制成浓度为65％～75％的硫酸氧钒溶液，其中总钒浓度在25％～45％；
(3)、再加入浓度为1％～10％的添加剂，该添加剂为碱金属盐，或碱金属盐和碱土金属盐。
本发明首先对五氧化二钒以及三氧化二钒的粉料进行焙烧热处理后，使其成为多价钒的化合物，因溶解度较高的四价钒的总量较多，而增加电解液的活性，当将热处理后的化合物与稀释后的浓硫酸混合反应后，就可配制成活性较好的硫酸氧钒(VOSO4)溶液。本发明由于在硫酸氧钒溶液中加入了碱金属盐添加剂，或碱金属盐和碱土金属盐添加剂，提高了钒离子的溶解度，在充放电过程中，有效地防止电池正极区析出硫酸钒(VSO4)结晶的现象，而保证电池在充放电过程中的流场不被堵塞。加之本发明还可利用碱金属盐来降低钒离子在质子交换膜中的渗透，因此提高了钒电池的能量密度，而大幅度提高电池的能源效率。较好地解决了钒氧化还原液流电池在充放电过程中易在正极区结晶、堵塞电池中流场的问题。本发明由于对设备要求不高，而且无需对硫酸进行加热，操作方便，便于规模化工业生产。
具体实施方式
实施例1
将100g三氧化二钒和50g五氧化二钒的粉料放入焙烧炉内以400℃～600℃焙烧，使黄色粉末变成黑色粉末，得到多价钒的化合物，其中四价钒大于总钒的50％。将比重为1.84的浓硫酸加入蒸馏水进行2∶1稀释，将热处理后的化合物加入稀释后的硫酸内搅拌、混合和反应，按质量分数，配制成浓度为70％～75％的硫酸氧钒溶液，其中总钒浓度在40％，再在硫酸氧钒溶液中加入9％的碱金属盐添加剂，如钾、锂或钠的其中一种或多种硫酸盐，得到钒氧化还原液流电池用电解液。将制备的电解液按钒电池的要求放入电池内进行充放电实验，未发现有结晶态的钒产生，钒电池的能量效率从未加时的70％提高到82％。
实施例2
将80g三氧化二钒和50g五氧化二钒的粉料放入焙烧炉内以300℃～500℃温度焙烧，使黄色粉末变成黑色粉末，得到多价钒的化合物，其中四价钒大于总钡的50％。将比重为1.84的浓硫酸加入蒸馏水进行2∶1稀释，将热处理后的化合物加入稀释后的硫酸内进行搅拌、混合和反应，按质量分数，配制成浓度为65％～70％的硫酸氧钒溶液，其中总钒浓度在35％。再在硫酸氧钒溶液中加入8％的碱金属盐添加剂，如：钾、锂或钠的其中一种硝酸盐；钾、锂或钠的其中一种氯化盐；也可分别加入各4％的硝酸钾和硝酸钠；还也可分别加入5％的氯化钾和3％的硝酸钠等，得到钒氧化还原液流电池用电解液。将制备的电解液按钒电池的要求放入电池内进行充放电实验，未发现有结晶态的钒产生，电池的能量效率从未加时的70％提高到81％。
实施例3
将120g三氧化二钒和60g五氧化二钒的粉料放入焙烧炉内以600℃～700℃温度焙烧，使黄色粉末变成黑色粉末，得到多价钒的化合物，其中四价钒大于总钒的50％。将比重为1.84的浓硫酸加入蒸馏水进行2∶1稀释，将热处理后的化合物加入稀释后的硫酸进行搅拌、混合和反应，按质量分数，配制成浓度为60％～65％的硫酸氧钒溶液，其中总钒浓度在40％。再在硫酸氧钒溶液中分别加入5％碱金属盐添加剂和3％的碱土金属盐添加剂，如其中一种钾、锂或钠的硝酸盐，和其中一种或二种的镁、钙、锶或钡的硝酸盐，得到钒氧化还原液流电池用电解液。将制备的电解液按钒电池的要求放入电池内进行充放电实验，未发现有结晶态的钒产生，电池的能量效率从未加时的70％提高到80％。
实施例4
将200g三氧化二钒和40g五氧化二钒的粉料放入焙烧炉内以500℃～600℃温度焙烧，使黄色粉末变成黑色粉末，得到多价钒的化合物，其中四价钒大于总钒的50％。将比重为1.84的浓硫酸加入蒸馏水进行2∶1稀释，将热处理后的化合物放入稀释后的硫酸内进行搅拌、混合和反应，按质量分数，配制成浓度为60％～65％的硫酸氧钒溶液，其中总钒浓度在45％。再在硫酸氧钒溶液中分别加入6％碱金属盐添加剂和4％的碱土金属盐添加剂，如其中的一种或二种锂、钠或钾的硫酸盐，以及其中一种镁、钙、锶、钡的硝酸盐，得到钒氧化还原液流电池用电解液。将制备的电解液按钒电池的要求放入电池进行充放电实验，未发现有结晶态的钒产生，电池的能量效率从未加时的70％提高到83％。
实施例5
将180g三氧化二钒和40g五氧化二钒的粉料放入焙烧炉内以250℃～500℃温度焙烧，使黄色粉末变成黑色粉末，得到多价钒的化合物，其中四价钒大于总钒的50％。将比重为1.84的浓硫酸加入蒸馏水进行2∶1稀释，现将热处理后的化合物放入稀释后的硫酸内进行搅拌、混合和反应，按质量分数，配制成浓度为60％～65％的硫酸氧钒溶液，其中总钒浓度在40％。再在硫酸氧钒溶液中加入5％的碱金属盐添加剂，如其中一种或二种的锂、钠或钾的氯化盐，得到钒氧化还原液流电池用电解液。将制备的电解液按钒电池的要求放入电池进行充放电实验，未发现有结晶态的钒产生，电池的能量效率从未加时的70％提高到80％。

Claims (3)

1、一种钒氧化还原液流电池用电解液的制备方法，其特征在于：
(1)、将重量比为1.5～2.5∶1的三氧化二钒和五氧化二钒的粉料放入炉内，以200℃～700℃温度焙烧，使黄色粉末变成黑色粉末，得到多价钒的化合物，其中四价钒大于总钒的50％；
(2)、将比重为1.84的浓硫酸加入蒸馏水进行2∶1稀释后加入上述的化合物，按质量分数，配制成浓度为65％～75％的硫酸氧钒溶液，其中总钒浓度在25％～45％；
(3)、再加入浓度为1％～10％的添加剂，该添加剂为碱金属盐，或碱金属盐和碱土金属盐。
2、根据权利要求1所述的钒氧化还原液流电池用电解液的制备方法，其特征在于：所述的碱金属盐为锂、钠或钾的硫酸盐、硝酸盐或氯化盐的其中一种或多种。
3、根据权利要求1所述的钒氧化还原液流电池用电解液的制备方法，其特征在于：所述的碱土金属盐为镁、钙、锶或钡的硝酸盐或氯化物的其中一种或多种。
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