一种新型全钒液流电池正极电解液及其用途制造技术

本发明专利技术涉及电池领域，尤其涉及一种新型全钒液流电池正极电解液及其用途。所述有机聚合物为链状的醛类化合物：所述有机聚合物在电解液中的含量为0.001wt%~20wt%。本发明专利技术使用的有机聚合物作为电解液的稳定剂，既能有效提高电解液在高温环境下的稳定性，实现电池的稳定运行,又能提高电解液中钒离子的浓度，提高电池能量密度。本发明专利技术制备工艺操作简单、节能环保、成本低、同时能够实现电解液在电池中的稳定运行。

A new anode electrolyte for all vanadium liquid flow battery and its application

【技术实现步骤摘要】
一种新型全钒液流电池正极电解液及其用途
本专利技术涉及电池领域，尤其涉及一种新型全钒液流电池正极电解液及其用途。
技术介绍
随着全世界范围内化石能源的不断枯竭以及人们环境保护意识的不断增强，可再生能源发电技术越来越受到人们的青睐。可再生能源主要包括风能、太阳能、生物质能、海洋能等，它们通常被转化成电能使用。而这些可再生能源发电受地域、气象等条件的影响具有明显的不连续、不稳定性。为了平滑和稳定可再生能源的发电输出及解决发电与用电的时差矛盾，提高电力品质和电网可靠性，必须发展高效储能技术。全钒液流电池(VFB)由于具有系统容量和功率相互独立可调、响应迅速，安全可靠，环境友好，循环寿命长、易维护和再生等突出优势而成为可再生能源发电，电网削峰填谷，应急及备用电站等规模化储能中最有发展前景的技术之一。全钒液流电池的关键材料主要包括电极双极板、膜和电解液。全钒液流电池关键材料的研究，尤其是在提高关键材料的稳定性、耐久性和降低成本等方面的研究就显得尤为重要。电解液是全钒液流电池的重要组成部分，它的浓度和体积直接决定了电池的容量。因此，电解液的稳定性直接影响到全钒液流电池的稳定性。由于钒离子在硫酸中的溶解度有限，在一定条件下容易发生水解、缔合或析出，并且由于五价钒离子对温度较敏感，在温度大于40oC时容易析出沉淀，形成五氧化二钒固体，不但导致电池容量降低，而且容易堵塞电池及管路，限制了VFB操作温度(10-40oC)，影响了电池在长期运行过程中的稳定性。因此正极电解液热稳定性差的问题在一定程度上限制了系统能量密度的提高，并且，高浓度钒电解液稳定性差也限制了VFB的应用领域。因此，亟需提高五价钒的高温稳定性，使电解液在较高的温度下也能稳定存在，从而提高系统的温度适应性。正极电解液的稳定性调控对电池稳定可靠运行起决定性作用，也一直是众多研究者关注的重点。目前，提高电解液稳定性的常用手段是向其中加入某种化学物质，这些化学物质大体可以分为无机物和有机物，部分无机物（磷酸盐、卤化物等）虽然可以稳定存在于电解液中，但其对正极电解液热稳定性的提升幅度有限，限制了其应用；而部分有机物（甲醇、乙醇、丙三醇、葡萄糖等）虽然对正极电解液热稳定性的有一定的提升作用，但本身在正极电解液中的稳定性较差，容易被五价钒离子氧化而消耗殆尽，因此常将其用做电池容量恢复剂（例如：CN103035963B，CN103000927A等）。为解决上述问题，专利技术人提供一种有机醛类聚合物作为电解液高温稳定剂在全钒液流电池中的应用，利用有机醛类聚合物与用五价钒离子与其之间的作用，既提高了正极五价钒离子的热稳定性，又解决了稳定剂本身在电解液中的稳定性问题，从而提高正极电解液热的稳定性和电解液中钒离子的浓度，最终提高电池能量密度。
技术实现思路
专利技术的目的：为了提供一种效果更好的新型全钒液流电池正极电解液及其用途，具体目的见具体实施部分的多个实质技术效果。为了达到如上目的，本专利技术采取如下技术方案：一种新型全钒液流电池正极电解液，其特征在于，其包含有机醛类聚合物稳定剂，有机醛类聚合物稳定剂为链状的醛类聚合物的一种或二种以上，结构通式如下：其中R1氢原子；R2和R4中至少一个为氧原子，另一个为C1-C6的饱和烃类或C2-C6不饱和烃类基团或氢原子中的一种；R0,和R3为C1-C6的饱和烃类或C2-C6不饱和烃类基团或氢原子中的一种；m代表聚合物结构单元数，为20-3000的正整数。本专利技术进一步技术方案在于，所述的有机聚合物为月桂醛（十二醛）、十三醛、肉豆蔻醛（十四醛）、甲基己基乙醛、甲基辛基乙醛、甲基壬基乙醛、三甲基己醛中的一种或多种。本专利技术进一步技术方案在于，所述有机聚合物在电解液中的质量浓度为0.001wt%~20wt%，优选0.05-5wt%，更优选0.1-2wt%。有机醛类聚合物稳定剂在全钒液流电池正极电解液中的用途，所述有机聚合物为链状的醛类聚合物的一种或二种以上，结构通式如下：其中R1氢原子；R2,R4至少一个为氧原子；另一个为C1-C6的饱和烃类或C2-C6不饱和烃类基团或氢原子中的一种；R0,R3为C1-C6的饱和烃类或C2-C6不饱和烃类基团或氢原子中的一种；m代表聚合物结构单元数，为20-3000的正整数。本专利技术进一步技术方案在于，所述全钒液流电池正极电解液为水溶液，电解液中钒离子的浓度为1-3mol/L；SO42-的摩尔浓度为2-6mol/L。采用如上技术方案的本专利技术，相对于现有技术有如下有益效果：1）本专利技术提出一种有机聚合物作为全钒液流电池电解液的高温稳定剂，由于这类聚合物含有的COH基团，能和正极电解液中VO2+发生络合作用，从而有效抑制五价钒在高温环境下的析出，起到高温稳定性的作用；2）由于有机聚合物本身的高温热稳定性，使其作为稳定剂在高温电解液中即使发生络合反应后仍能稳定存在，因而可以进一步提高电解液浓度，最终提高电池能量密度。3）使用有机聚合物作为全钒液流电池电解液稳定剂，既能有效提高电解液在高温下的稳定性，又能提高电解液中钒离子的浓度，进而提高电池能量密度。4）本专利技术制备工艺操作简单、节能环保、成本低、同时能够保证电池能够长期地高效稳定运行。附图说明为了进一步说明本专利技术，下面结合附图进一步进行说明：图1是含十二醛与空白电解液在50℃时的放电容量对比图；图2是50℃时含甲基己基乙醛的电池运行一定时间后再次加入甲基己基乙醛的电池容量曲线；图3是含十三醛与空白电解液在60℃时的放电容量对比图；图4是空白电解液在60℃时的电池性能；图5是含十三醛电解液在60℃时的电池性能；图6为有机醛类聚合物稳定剂结构示意图；图7为表1。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本专利技术，应理解下述具体实施方式仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。本专利提供多种并列方案，不同表述之处，属于基于基本方案的改进型方案或者是并列型方案。每种方案都有自己的独特特点。实施例1采用电解法制备2.5mol/L五价钒溶液，分别向10mL五价钒溶液中添加不同的稳定剂，稳定剂种类及含量如表1所示，充分混合后搅拌均匀，并与空白2.5mol/L五价钒溶液样品一起放置在55℃的水浴中恒温，观察溶液的状态，考察不同稳定剂对五价钒热稳定性的影响。对比例1采用电解法制备2.5mol/L五价钒溶液，分别向10mL五价钒溶液中添加十二醛，含量为20wt%，充分混合后搅拌均匀，放置在55℃的水浴中恒温，观察溶液的状态。实验结果如表1所示。由表1可以看出，当不加入任何稳定剂时，五价钒在55℃的稳定时间小于10h，加入甲酸时五价钒的稳定时间小于5天；当加入1wt%含量的月桂醛（十二醛）、十三醛、肉豆蔻醛（十四醛）、甲基己基乙醛、甲基辛基乙醛、甲基壬基乙醛、三甲基己醛稳定剂时，五价钒的稳定时间均超过15天，说明月桂醛（十二醛）、十三醛、肉豆蔻醛（本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型全钒液流电池正极电解液，其特征在于，其包含有机醛类聚合物稳定剂，有机醛类聚合物稳定剂为链状的醛类聚合物的一种或二种以上，结构通式如下：/n

【技术特征摘要】
1.一种新型全钒液流电池正极电解液，其特征在于，其包含有机醛类聚合物稳定剂，有机醛类聚合物稳定剂为链状的醛类聚合物的一种或二种以上，结构通式如下：



其中R1氢原子；R2和R4中至少一个为氧原子，另一个为C1-C6的饱和烃类或C2-C6不饱和烃类基团或氢原子中的一种；R0,和R3为C1-C6的饱和烃类或C2-C6不饱和烃类基团或氢原子中的一种；m代表聚合物结构单元数，为20-3000的正整数。


2.如权利要求1所述的一种新型全钒液流电池正极电解液，其特征在于，所述的有机聚合物为月桂醛（十二醛）、十三醛、肉豆蔻醛（十四醛）、甲基己基乙醛、甲基辛基乙醛、甲基壬基乙醛、三甲基己醛中的一种或多种。


3.如权利要求1所述的一种新型全钒液流电池正极电...

【专利技术属性】
技术研发人员：应忠芳，郑建伟，赵文超，段鹏勇，
申请(专利权)人：陕西华银科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61