本發(fā)明涉及全釩液流電池儲能介質(zhì)，更具體地說，涉及一種全釩液流電池儲能介質(zhì)及其前驅(qū)體的制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、風能和太陽能被認為是最清潔的可再生能源，但由于自然因素的影響，不能獲取連續(xù)穩(wěn)定的能量，必須應(yīng)用大規(guī)模儲能技術(shù)加以調(diào)節(jié)，然而儲能技術(shù)的落后成為制約這兩大可再生能源利用的瓶頸。全釩液流電池是一種新型的儲能電池，具有能量轉(zhuǎn)換效率高、使用壽命長、容量調(diào)節(jié)方便、安全性高和環(huán)境友好等優(yōu)點，可用于太陽能、風能等可再生能源和電網(wǎng)削峰填谷等規(guī)?；瘍δ茴I(lǐng)域，是最有發(fā)展前景的儲能裝置之一。其中，電解液作為活性物質(zhì)的載體是全釩液流電池中最重要的組成部分之一，電解液的性能和濃度直接影響到電池的性能和能量密度，如何獲得高性能的釩電解液成為各國研究者競相研究的熱點。全釩液流電池的電解液的合成主要有兩種方法：化學合成法和電解法。

2、化學法主要是以釩氧化物或其它釩鹽為原料，在一定濃度的硫酸溶液中加熱并加入還原劑(如s、so2等)使其溶解并還原為低價易溶的釩化合物，從而制得一定濃度的釩電解液?；瘜W合成法方法的優(yōu)點是生產(chǎn)設(shè)備簡單，但固體的溶解速度慢，加入的還原劑會殘留在釩電解液中難以根除，影響釩電解液的純度和性能。電解法一般采用有隔膜的電解池裝置，以v2o5或偏釩酸鹽為原料，在電解池負極區(qū)加入含v2o5或偏釩酸鹽的h2so4溶液，正極區(qū)加入相同濃度的h2so4，在電解池兩極加上適當?shù)闹绷麟姡瑅2o5或偏釩酸鹽粉末通過與負極接觸，在負極表面被還原制得全釩液流電池電解液。電解法能夠持續(xù)大量地制備高濃度的釩電解液，操作簡單方便，易于進行工業(yè)化生產(chǎn)；此外電解法也存在反應(yīng)速率慢，設(shè)備要求高，耗能和成本高的缺點。

3、綜上，現(xiàn)有方法均采用將v2o5溶解于硫酸中，通過化學或電解的方法形成低價態(tài)釩離子硫酸溶液。并最終制成全釩液流電池儲能介質(zhì)。在實際應(yīng)用中，涉及濃硫酸及含硫酸電解液的二次運輸，造成成本的極大增加。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述問題，本發(fā)明提出一種全釩液流電池儲能介質(zhì)及其前驅(qū)體的制備方法和應(yīng)用，以釩氧化物混合物作為前驅(qū)體，直接溶于強酸性溶液中，在應(yīng)用現(xiàn)場直接配置全釩液流電池儲能介質(zhì)，實現(xiàn)了一種操作簡單方便且成本較低的全釩液流電池電解液制備方法。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、本發(fā)明提供一種全釩液流電池儲能介質(zhì)前驅(qū)體的制備方法，包括以下步驟：

4、將偏釩酸銨單獨或與還原劑組成的混合物在高溫惰性氣氛或真空下，進行分解，分解產(chǎn)物為釩氧化物混合物；

5、所述還原劑為碳材料、硫單質(zhì)或含碳還原性有機物。

6、所述還原劑碳材料為活性炭或石墨，含碳還原性有機物為三聚氰胺。

7、所述偏釩酸銨與還原劑的重量比為(1-100):1；

8、所述高溫反應(yīng)溫度為600℃-1000℃，反應(yīng)時間為1h-4h；

9、所述高溫惰性氣氛為氬氣或氮氣惰性氣體。

10、本發(fā)明還提供一種采用所述全釩液流電池儲能介質(zhì)前驅(qū)體的全釩液流電池儲能介質(zhì)的制備方法，包括以下步驟：

11、將所述釩氧化物混合物作為前驅(qū)體，溶解于強酸性溶液中，控制溶解反應(yīng)的條件，配置全釩液流電池儲能介質(zhì)。

12、所述強酸性溶液為硫酸和/或鹽酸溶液；

13、進一步的，根據(jù)釩氧化物混合物中不同價態(tài)釩氧化物的比例，加入具有氧化或還原能力的無機或有機物質(zhì)作為添加劑，混合溶解于硫酸和/或鹽酸溶液中，添加劑在溶解過程中繼續(xù)氧化或還原前驅(qū)體釩氧化物混合物。

14、所述添加劑選自釩氧化物、雙氧水、高錳酸鉀、過氧化鈉、草酸、乙二醛。

15、所述添加劑與釩氧化物混合物的重量比為1:(1-10)。

16、所述強酸性溶液濃度為3m-10m。

17、溶解反應(yīng)過程中，反應(yīng)溫度為60℃-100℃，反應(yīng)時間為1h-5h。

18、本發(fā)明還提供一種全釩液流電池儲能介質(zhì)，使用所述全釩液流電池儲能介質(zhì)的制備方法進行制備，配置所得儲能介質(zhì)溶液中釩離子的化合價為三、四價。

19、本發(fā)明還提供一種所述全釩液流電池儲能介質(zhì)在全釩液流電池中的應(yīng)用。

20、本發(fā)明的優(yōu)點與效果：

21、1、本發(fā)明提供一種全釩液流電池儲能介質(zhì)及其前驅(qū)體釩氧化物的制備方法和應(yīng)用，實現(xiàn)了操作簡單、方便且成本較低的電解液制備路線。

22、2、本發(fā)明采用高溫固相法一步合成所需低價態(tài)釩氧化物固體粉末，可以通過調(diào)整反應(yīng)條件，制備不同比例的不同低價態(tài)釩氧化物混合物，適宜后續(xù)全釩液流電池儲能介質(zhì)配置。

技術(shù)特征：

1.一種全釩液流電池儲能介質(zhì)前驅(qū)體的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述全釩液流電池儲能介質(zhì)前驅(qū)體的制備方法，其特征在于，所述碳材料為活性炭或石墨，所述含碳還原性有機物為三聚氰胺。

3.如權(quán)利要求1所述全釩液流電池儲能介質(zhì)前驅(qū)體的制備方法，其特征在于，所述偏釩酸銨與還原劑的重量比為(1-100):1；

4.一種采用權(quán)利要求1所述全釩液流電池儲能介質(zhì)前驅(qū)體的全釩液流電池儲能介質(zhì)的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

5.如權(quán)利要求4所述全釩液流電池儲能介質(zhì)的制備方法，其特征在于，所述強酸性溶液為硫酸和/或鹽酸溶液；

6.如權(quán)利要求5所述全釩液流電池儲能介質(zhì)的制備方法，其特征在于，所述添加劑選自釩氧化物、雙氧水、高錳酸鉀、過氧化鈉、草酸、乙二醛。

7.如權(quán)利要求5所述全釩液流電池儲能介質(zhì)的制備方法，其特征在于，所述添加劑與釩氧化物混合物的重量比為1:(1-10)；

8.如權(quán)利要求5所述全釩液流電池儲能介質(zhì)的制備方法，其特征在于，溶解反應(yīng)過程中，反應(yīng)溫度為60℃-100℃，反應(yīng)時間為1h-5h。

9.一種全釩液流電池儲能介質(zhì)，其特征在于，使用權(quán)利要求8所述全釩液流電池儲能介質(zhì)的制備方法進行制備，配置所得儲能介質(zhì)溶液中釩離子的化合價為三、四價。

10.權(quán)利要求9所述全釩液流電池儲能介質(zhì)在全釩液流電池中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種全釩液流電池儲能介質(zhì)及其前驅(qū)體的制備方法和應(yīng)用，屬于全釩液流電池儲能介質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域，將偏釩酸銨單獨或與還原劑組成的混合物在高溫惰性氣氛或真空下，進行分解，分解產(chǎn)物為釩氧化物混合物，還原劑為碳材料、硫單質(zhì)或含碳還原性有機物，并依據(jù)釩氧化物混合物中不同價態(tài)釩氧化物的比例，配置全釩液流電池儲能介質(zhì)。此方法制備工藝操作簡單、節(jié)能環(huán)保、成本低、同時能夠?qū)崿F(xiàn)電解液在電池中的穩(wěn)定運行。

技術(shù)研發(fā)人員：賴勤志
受保護的技術(shù)使用者：東北大學秦皇島分校
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6