專利名稱：釩氧化還原液流電池用電解液的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明涉及一種蓄電池的電解液的制備方法，特別是涉及一種釩氧化還原液流電池用電解液的制備方法。
背景技術(shù)：
自1985年澳大利亞新南威爾士大學的Marria Kazacos提出采用硫酸氧釩作為電池的活性物質(zhì)，經(jīng)過十多年的研發(fā)，釩氧化還原液流電池技術(shù)已經(jīng)趨近成熟。近幾年來，釩氧化還原液流電池(Redox flow cell)已受到極大的關(guān)注，主要原因是，這一電池體系具有電池容量可調(diào)，無固相反應，不發(fā)生電極物質(zhì)結(jié)構(gòu)形態(tài)的改變、價格便宜、高循環(huán)使用壽命、高安全性以及高能量效率等特點，是一種理想的風力發(fā)電、太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的儲電設(shè)備。釩電池是采用硫酸氧釩溶液作為電解液，通過多價的釩離子在正、負電極上完成電子交換，實現(xiàn)充放電。由于釩電池的能量是取決于電解液的體積和電解液的濃度，因此，為提高電池的能量密度，通常是采用增加電解液的濃度和體積來實現(xiàn)的。而高濃度的硫酸氧釩溶液，在電池的充放電過程中又很容易在正極區(qū)析出硫酸釩結(jié)晶，由于結(jié)晶的存在而堵塞電池中的流場，因此大幅度降低了電池的能源效率。另一方面，由于電池電極上的導電隔膜是采用活化處理后的質(zhì)子交換膜，因此釩電池在充放電過程中，釩離子會滲透在質(zhì)子交換膜上，進而更進一步地降低了釩電池的能源效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制作方便，能提高釩電池的能源效率的釩氧化還原液流電池用電解液的制備方法。
本發(fā)明為達到上述目的的技術(shù)方案是一種釩氧化還原液流電池用電解液的制備方法，其特征在于(1)、將重量比為1.5～2.5∶1的三氧化二釩和五氧化二釩的粉料放入爐內(nèi)以200℃～700℃溫度焙燒，使黃色粉末變成黑色粉末，得到多價釩的化合物，其中四價釩大于總釩的50％；
(2)、將比重為1.84的濃硫酸加入蒸餾水進行2∶1稀釋，加入上述的化合物，按質(zhì)量分數(shù)，配制成濃度為65％～75％的硫酸氧釩溶液，其中總釩濃度在25％～45％；(3)、再加入濃度為1％～10％的添加劑，該添加劑為堿金屬鹽，或堿金屬鹽和堿土金屬鹽。
本發(fā)明首先對五氧化二釩以及三氧化二釩的粉料進行焙燒熱處理后，使其成為多價釩的化合物，因溶解度較高的四價釩的總量較多，而增加電解液的活性，當將熱處理后的化合物與稀釋后的濃硫酸混合反應后，就可配制成活性較好的硫酸氧釩(VOSO4)溶液。本發(fā)明由于在硫酸氧釩溶液中加入了堿金屬鹽添加劑，或堿金屬鹽和堿土金屬鹽添加劑，提高了釩離子的溶解度，在充放電過程中，有效地防止電池正極區(qū)析出硫酸釩(VSO4)結(jié)晶的現(xiàn)象，而保證電池在充放電過程中的流場不被堵塞。加之本發(fā)明還可利用堿金屬鹽來降低釩離子在質(zhì)子交換膜中的滲透，因此提高了釩電池的能量密度，而大幅度提高電池的能源效率。較好地解決了釩氧化還原液流電池在充放電過程中易在正極區(qū)結(jié)晶、堵塞電池中流場的問題。本發(fā)明由于對設(shè)備要求不高，而且無需對硫酸進行加熱，操作方便，便于規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)。
具體實施例方式
實施例1將100g三氧化二釩和50g五氧化二釩的粉料放入焙燒爐內(nèi)以400℃～600℃焙燒，使黃色粉末變成黑色粉末，得到多價釩的化合物，其中四價釩大于總釩的50％。將比重為1.84的濃硫酸加入蒸餾水進行2∶1稀釋，將熱處理后的化合物加入稀釋后的硫酸內(nèi)攪拌、混合和反應，按質(zhì)量分數(shù)，配制成濃度為70％～75％的硫酸氧釩溶液，其中總釩濃度在40％，再在硫酸氧釩溶液中加入9％的堿金屬鹽添加劑，如鉀、鋰或鈉的其中一種或多種硫酸鹽，得到釩氧化還原液流電池用電解液。將制備的電解液按釩電池的要求放入電池內(nèi)進行充放電實驗，未發(fā)現(xiàn)有結(jié)晶態(tài)的釩產(chǎn)生，釩電池的能量效率從未加時的70％提高到82％。
實施例2將80g三氧化二釩和50g五氧化二釩的粉料放入焙燒爐內(nèi)以300℃～500℃溫度焙燒，使黃色粉末變成黑色粉末，得到多價釩的化合物，其中四價釩大于總鋇的50％。將比重為1.84的濃硫酸加入蒸餾水進行2∶1稀釋，將熱處理后的化合物加入稀釋后的硫酸內(nèi)進行攪拌、混合和反應，按質(zhì)量分數(shù)，配制成濃度為65％～70％的硫酸氧釩溶液，其中總釩濃度在35％。再在硫酸氧釩溶液中加入8％的堿金屬鹽添加劑，如鉀、鋰或鈉的其中一種硝酸鹽；鉀、鋰或鈉的其中一種氯化鹽；也可分別加入各4％的硝酸鉀和硝酸鈉；還也可分別加入5％的氯化鉀和3％的硝酸鈉等，得到釩氧化還原液流電池用電解液。將制備的電解液按釩電池的要求放入電池內(nèi)進行充放電實驗，未發(fā)現(xiàn)有結(jié)晶態(tài)的釩產(chǎn)生，電池的能量效率從未加時的70％提高到81％。
實施例3將120g三氧化二釩和60g五氧化二釩的粉料放入焙燒爐內(nèi)以600℃～700℃溫度焙燒，使黃色粉末變成黑色粉末，得到多價釩的化合物，其中四價釩大于總釩的50％。將比重為1.84的濃硫酸加入蒸餾水進行2∶1稀釋，將熱處理后的化合物加入稀釋后的硫酸進行攪拌、混合和反應，按質(zhì)量分數(shù)，配制成濃度為60％～65％的硫酸氧釩溶液，其中總釩濃度在40％。再在硫酸氧釩溶液中分別加入5％堿金屬鹽添加劑和3％的堿土金屬鹽添加劑，如其中一種鉀、鋰或鈉的硝酸鹽，和其中一種或二種的鎂、鈣、鍶或鋇的硝酸鹽，得到釩氧化還原液流電池用電解液。將制備的電解液按釩電池的要求放入電池內(nèi)進行充放電實驗，未發(fā)現(xiàn)有結(jié)晶態(tài)的釩產(chǎn)生，電池的能量效率從未加時的70％提高到80％。
實施例4將200g三氧化二釩和40g五氧化二釩的粉料放入焙燒爐內(nèi)以500℃～600℃溫度焙燒，使黃色粉末變成黑色粉末，得到多價釩的化合物，其中四價釩大于總釩的50％。將比重為1.84的濃硫酸加入蒸餾水進行2∶1稀釋，將熱處理后的化合物放入稀釋后的硫酸內(nèi)進行攪拌、混合和反應，按質(zhì)量分數(shù)，配制成濃度為60％～65％的硫酸氧釩溶液，其中總釩濃度在45％。再在硫酸氧釩溶液中分別加入6％堿金屬鹽添加劑和4％的堿土金屬鹽添加劑，如其中的一種或二種鋰、鈉或鉀的硫酸鹽，以及其中一種鎂、鈣、鍶、鋇的硝酸鹽，得到釩氧化還原液流電池用電解液。將制備的電解液按釩電池的要求放入電池進行充放電實驗，未發(fā)現(xiàn)有結(jié)晶態(tài)的釩產(chǎn)生，電池的能量效率從未加時的70％提高到83％。
實施例5將180g三氧化二釩和40g五氧化二釩的粉料放入焙燒爐內(nèi)以250℃～500℃溫度焙燒，使黃色粉末變成黑色粉末，得到多價釩的化合物，其中四價釩大于總釩的50％。將比重為1.84的濃硫酸加入蒸餾水進行2∶1稀釋，現(xiàn)將熱處理后的化合物放入稀釋后的硫酸內(nèi)進行攪拌、混合和反應，按質(zhì)量分數(shù)，配制成濃度為60％～65％的硫酸氧釩溶液，其中總釩濃度在40％。再在硫酸氧釩溶液中加入5％的堿金屬鹽添加劑，如其中一種或二種的鋰、鈉或鉀的氯化鹽，得到釩氧化還原液流電池用電解液。將制備的電解液按釩電池的要求放入電池進行充放電實驗，未發(fā)現(xiàn)有結(jié)晶態(tài)的釩產(chǎn)生，電池的能量效率從未加時的70％提高到80％。
權(quán)利要求
1.一種釩氧化還原液流電池用電解液的制備方法，其特征在于(1)、將重量比為1.5～2.5∶1的三氧化二釩和五氧化二釩的粉料放入爐內(nèi)，以200℃～700℃溫度焙燒，使黃色粉末變成黑色粉末，得到多價釩的化合物，其中四價釩大于總釩的50％；(2)、將比重為1.84的濃硫酸加入蒸餾水進行2∶1稀釋后加入上述的化合物，按質(zhì)量分數(shù)，配制成濃度為65％～75％的硫酸氧釩溶液，其中總釩濃度在25％～45％；(3)、再加入濃度為1％～10％的添加劑，該添加劑為堿金屬鹽，或堿金屬鹽和堿土金屬鹽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩氧化還原液流電池用電解液的制備方法，其特征在于所述的堿金屬鹽為鋰、鈉或鉀的硫酸鹽、硝酸鹽或氯化鹽的其中一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩氧化還原液流電池用電解液的制備方法，其特征在于所述的堿土金屬鹽為鎂、鈣、鍶或鋇的硝酸鹽或氯化物的其中一種或多種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種釩氧化還原液流電池用電解液的制備方法，(1)將重量比為1.5～2.5∶1的三氧化二釩和五氧化二釩的粉料放入爐內(nèi)以200℃～700℃溫度焙燒，使黃色粉末變成黑色粉末，得到多價釩的化合物，其中四價釩大于總釩的50％；(2)將比重為1.84的濃硫酸加入蒸餾水進行2∶1稀釋后加入上述的化合物，按質(zhì)量分數(shù)，配制成濃度為65％～75％的硫酸氧釩溶液，其中總釩濃度在25～45％；(3)再加入濃度為1％～10％的堿金屬鹽或堿金屬鹽和堿土金屬鹽。本發(fā)明由于在硫酸氧釩溶液中加入了添加劑，不僅提高釩離了的溶解度，較好地解決了釩氧化還原液流電池在充放電過程中易在正極區(qū)結(jié)晶、堵塞電池中流場的問題，而且還可降低釩離子在膜中的滲透的問題，大幅度提高電池的能源效率。
文檔編號H01M12/02GK1828991SQ20061003891
公開日2006年9月6日 申請日期2006年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月17日
發(fā)明者繆強 申請人:繆強