一种增强高浓度钒电解液综合性能的方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种增强高浓度钒电解液综合性能的方法及应用，涉及电化学储能和新型工艺方法技术领域，所述方法包括：将四价钒原液进行电解，得到V

【技术实现步骤摘要】
一种增强高浓度钒电解液综合性能的方法及应用


[0001]本专利技术涉及电化学储能和新型工艺方法
，尤其涉及一种增强高浓度钒电解液综合性能的方法及应用。

技术介绍

[0002]随着社会的不断发展加上全球气候变暖的综合影响，各种限电措施严重影响了人们正常的工作和生活，因此对于大规模储能设备的发展需求日益迫切。目前较为广泛使用的储能方式有抽水储能、飞轮储能、锂电池储能，但这些方式都或多或少受到环境影响，且有的安全环保性还有待进一步验证。全钒液流电池简称钒电池，是一种新型的大规模储能系统，由于其电解液载体为水溶液，因此无任何安全方面的隐患，在近几年受到广泛青睐。钒电池的组成成分为电极材料、双极板、电解液和隔膜，电解液作为钒电池的核心一环，对整个钒电池的综合性能起着决定性作用。目前商用钒电池电解液的钒浓度范围大概在1.5～1.7mol/L，导致每立方电解液可以储存的能量十分有限，只有通过扩大设备规模和使用面积来达到大规模储能的功能，但是这样就会提高使用成本。目前已经有部分科研人员尝试通过提高钒电解液中钒离子浓度来使电解液综合性能得到提升，但是受限于钒在水中的溶解度和硫酸氧钒(硫酸钒酰)与硫酸溶液的同离子效应，效果甚微。另外，随着钒浓度增加，电解液粘度也会随之增加，使之易在电堆中流淌时产生“死区”，造成电堆堵塞。由于目前商用电解液始终受困于能量密度低使得整体使用成本一直较高，产业化应用推进缓慢，因此提高钒电解液的综合性能特别是能量密度迫在眉睫。影响钒电解液能量密度最关键的因素就是每立方米电解液中钒的含量，但受限于硫酸氧钒和硫酸钒的固有属性，想在目前商用电解液的基础上进一步提高钒浓度始终较为困难。
[0003]二硫化钼是一种典型的过渡族金属二硫化物，摩擦系数低，层与层之间弱的范德华力使其很容易发生滑移，因此常用作润滑剂，另外其优异的能带结构使其能够作为储能电极材料或电催化剂。将二硫化钼与高浓度钒电解液结合，一方面可以利用其润滑作用降低高浓度电解液的粘度，另一方面可以提升钒电池的整体电化学性能，从而使其得到更好的应用，降低使用成本。随着过渡族金属硫化物的持续高速发展，层状二硫化钼纳米材料在未来一定会得到更广泛应用，本专利技术对于增强高浓度钒电解液综合性能和拓宽二硫化钼的使用途径具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于提供一种增强高浓度钒电解液综合性能的方法及应用，所采用的原料来源广泛、价格低廉、环保清洁，且整体工艺简单，极大地提升了高浓度钒电解液的使用性能和电化学性能，有望实现大规模生产。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]一方面，本专利技术提供了一种增强高浓度钒电解液综合性能的方法，所述方法包括如下步骤：
[0006]将四价钒原液进行电解，得到V
4+
:V
3+
＝1:1的含钒电解液；
[0007]将二硫化钼纳米粉末加入到所述含钒电解液中进行超声震荡处理，得到含二硫化钼的高浓度钒电解液；
[0008]将所述高浓度钒电解液组装成电池，并进行综合性能测试。
[0009]进一步地，所述方法还包括如下步骤：
[0010]称取硫酸氧钒固体；
[0011]将所述硫酸氧钒固体进行溶解、加热和过滤处理，得到四价钒原液。
[0012]进一步地，所述二硫化钼纳米粉末的制备方法包括如下步骤：
[0013]称取钼酸钠固体和硫代乙酰胺固体，得到固体混合物；
[0014]将所述固体混合物进行溶解，得到混合溶液；
[0015]将所述混合溶液进行超声和过滤处理，得到澄清前驱体溶液；
[0016]将所述澄清前驱体溶液进行加热和冷却处理，得到釜内悬浊液；
[0017]将所述内悬浊液进行固液离心分离、洗涤和干燥处理，得到二硫化钼纳米粉末。
[0018]进一步地，所述综合性能测试包括：
[0019]电池电压效率测试、能量密度测试、循环使用次数测试和容量衰减率测试。
[0020]进一步地，所述二硫化钼纳米粉末的加入量按质量百分计为所述含钒电解液的 2～5％。
[0021]进一步地，所述超声震荡处理的具体步骤为：
[0022]在室温下超声震荡3～5次，每次5～20min，然后静置30～60min。
[0023]进一步地，所述将所述固体混合物进行溶解，得到混合溶液的具体步骤为：
[0024]将所述固体混合物用30～50ml去离子水与乙二醇的混合溶剂进行溶解，搅拌时间为 30～60min，得到混合溶液；其中，所述混合溶剂中乙二醇含量为30％～50％。
[0025]进一步地，所述将所述澄清前驱体溶液进行加热和冷却处理，得到釜内悬浊液的具体步骤为：
[0026]将所述澄清前驱体溶液在160～200℃下加热24～48h，然后放在室温下自然冷却，得到釜内悬浊液。
[0027]进一步地，所述将所述内悬浊液进行固液离心分离、洗涤和干燥处理，得到二硫化钼纳米粉末的具体步骤为：
[0028]将所述内悬浊液放入离心机中在2000～4000r/min下进行固液离心分离，然后分别用去离子水和无水乙醇洗涤3～5次，最后放入真空干燥箱中，在80～120℃下干燥8～12h，得到二硫化钼纳米粉末。
[0029]基于上述方法，本专利技术还提供了该方法的应用，将该方法应用到含钒电池的充放电过程中，使电池电压效率达到85％以上，能量密度达到23Wh/L以上，循环使用1000 次后还能正常运行，以及容量衰减率达到27％以下。
[0030]本专利技术的技术效果和优点：
[0031]第一，本专利技术针对钒电池现有技术不能在将来满足大规模储能的需求，提出了一种全新的思路，利用在未来大有可为的层状二硫化钼纳米材料，将其与高浓度钒电解液结合提升其使用性能和电化学性能，对于钒电池未来的发展具有重要意义。
[0032]第二，本专利技术为二硫化钼纳米材料的运用途径提供了一种新的办法，使其不仅局限于电极材料、电催化和一些电磁材料方面的应用，还能够与当下一些较为火热但还未产
业化的储能方式进行结合，进一步促进储能领域未来的发展。
[0033]第三，本专利技术所采用的原料来源广泛、价格低廉、环保清洁，且整体工艺简单，有望实现大规模生产。
[0034]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0035]图1为本专利技术的一种增强高浓度钒电解液综合性能的方法流程图。
具体实施方式
[0036]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。
[0037]为解决本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增强高浓度钒电解液综合性能的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：将四价钒原液进行电解，得到V
4+
:V
3+
＝1:1的含钒电解液；将二硫化钼纳米粉末加入到所述含钒电解液中进行超声震荡处理，得到含二硫化钼的高浓度钒电解液；将所述高浓度钒电解液组装成电池，并进行综合性能测试。2.根据权利要求1所述的一种增强高浓度钒电解液综合性能的方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：称取硫酸氧钒固体；将所述硫酸氧钒固体进行溶解、加热和过滤处理，得到四价钒原液。3.根据权利要求1所述的一种增强高浓度钒电解液综合性能的方法，其特征在于，所述二硫化钼纳米粉末的制备方法包括如下步骤：称取钼酸钠固体和硫代乙酰胺固体，得到固体混合物；将所述固体混合物进行溶解，得到混合溶液；将所述混合溶液进行超声和过滤处理，得到澄清前驱体溶液；将所述澄清前驱体溶液进行加热和冷却处理，得到釜内悬浊液；将所述内悬浊液进行固液离心分离、洗涤和干燥处理，得到二硫化钼纳米粉末。4.根据权利要求1所述的一种增强高浓度钒电解液综合性能的方法，其特征在于，所述综合性能测试包括：电池电压效率测试、能量密度测试、循环使用次数测试和容量衰减率测试。5.根据权利要求1所述的一种增强高浓度钒电解液综合性能的方法，其特征在于，所述二硫化钼纳米粉末的加入量按质量百分计为所述含钒电解液的2～5％。6.根据权利要求1所述的一种增强高浓度钒电解液综合性能的方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯俊恺，辛亚男，杨亚东，丁治天，
申请(专利权)人：成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：