提高全釩液流電池運(yùn)行效率的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種提高全釩液流電池運(yùn)行效率的方法，包括以下步驟：（1）將正極電解液以400-1000L/h的流速在所述電池正極和所述正極電解液儲罐之間循環(huán)，將負(fù)極電解液以400-1000L/h的流速在所述電池負(fù)極和所述負(fù)極電解液儲罐之間循環(huán)；（2）在操作溫度為10-35℃，使所述正、負(fù)極電解液在電流密度為40-80mA/cm2、電壓為0.8-1.65V下發(fā)生氧化或還原反應(yīng)，完成全釩液流電池的充放電循環(huán)。上述提高全釩液流電池運(yùn)行效率的方法使得全釩液流電池可長時間、高效、安全的運(yùn)行，其庫侖效率可達(dá)到92%，電壓效率可達(dá)到89%，能量效率達(dá)82%，100次深度充放電循環(huán)后，電池能量效率無明顯衰減。
【專利說明】提高全釩液流電池運(yùn)行效率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及全釩液流電池領(lǐng)域，特別是涉及ー種提高全釩液流電池運(yùn)行效率的方法。
【背景技術(shù)】[0002]風(fēng)能和太陽能等可再生能源的開發(fā)和利用為滿足人類社會對電カ不斷增長的需求提供了切實(shí)可行的途徑。但是，風(fēng)能和太陽能受季節(jié)、地域以及時間的影響十分明顯。因此，風(fēng)能和太陽能發(fā)電具有隨機(jī)性、間歇性和波動性。為平滑和穩(wěn)定可再生能源發(fā)電的輸出、解決發(fā)電與用電間的矛盾、提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性與安全性，有必要研究開發(fā)與新能源合理利用相配套的能量存儲與轉(zhuǎn)換器件，實(shí)現(xiàn)可再生能源的發(fā)電與終端用戶的電カ需求之間的匹配。
[0003]全釩液流電池具有功率和容量可獨(dú)立設(shè)計(jì)、啟動和響應(yīng)速度快、電池主要部件材料可循環(huán)使用和安全性好等優(yōu)點(diǎn)，是大規(guī)模儲能的備選技術(shù)之一。全釩液流電池的正、負(fù)極活性物質(zhì)以離子狀態(tài)存儲在電解液儲罐中。電動泵將正、負(fù)極電解液經(jīng)由管路在電池的反應(yīng)腔體與儲液罐間循環(huán)。全釩液流電池的反應(yīng)腔體主要包括石墨集流板、碳?xì)蛛姌O以及離子交換膜。正、負(fù)極活性物質(zhì)在碳?xì)蛛姌O表面發(fā)生氧化/還原反應(yīng)后，電場驅(qū)動離子遷移通過隔膜，構(gòu)成電池的內(nèi)部電路，而電子則在外電路傳遞。理想情況下，透過隔膜的組分為質(zhì)子、硫酸根離子、硫酸氫根離子等助電解質(zhì)，被隔離的組分為各種價態(tài)的釩離子。
[0004]全釩液流電池充、放電的電極反應(yīng)如下:

充電
[0005]正極:VO2+HOV0.+2H f e'1
一放電一
[0006]負(fù)極:V3++ e'1V2+
放電
[0007]總反應(yīng):VO2+V3+ + H20V02 +V2 +2.H
[0008]全釩液流電池的電化學(xué)性能受環(huán)境溫度、電解液流速、充放電電流密度、充放電電壓范圍、電極材料的活性、離子交換膜的電導(dǎo)率及阻釩性能等影響。目前，一般采用部分石墨化的碳?xì)譃槿C液流電池的電極，采用Nafion膜做為該電池的離子交換膜。因此，為保證全釩液流電池高效、長壽命、安全運(yùn)行，需研究電池運(yùn)行時所需最佳環(huán)境溫度、電解液流速、充放電電流密度和充放電電壓范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]基于此，有必要提供一種能夠提高全釩液流電池運(yùn)行效率的方法。
[0010]一種提高全釩液流電池運(yùn)行效率的方法，所述全釩液流電池包括電池正極、電池負(fù)極、正極電解液儲罐、負(fù)極電解液儲罐、正極電解液、負(fù)極電解液和離子交換膜，包括以下步驟:[0011](1)將正極電解液以400-1000L/h的流速在所述電池正極和所述正極電解液儲罐之間循環(huán)，將負(fù)極電解液以400-1000L/h的流速在所述電池負(fù)極和所述負(fù)極電解液儲罐之間循環(huán)；
[0012](2)操作溫度為10-35°C，使所述正、負(fù)極電解液在電流密度為40-80mA/cm2、電壓為0.8-1.65V下發(fā)生氧化或還原反應(yīng)，完成全釩液流電池的充放電循環(huán)。
[0013]在其中一個實(shí)施例中，步驟(1)中所述正極電解液的流速為600_800L/h，所述負(fù)極電解液的流速為600-800L/h。
[0014]在其中一個實(shí)施例中，步驟(2)中所述操作溫度為15_30°C。
[0015]在其中一個實(shí)施例中，所述電流密度為40-60mA/cm2。
[0016]在其中一個實(shí)施例中，所述正極電解液包括濃度為0.5-3.0mol/L的V0S04和濃度為 0.5-3.0mol/L 的 H2S04。
[0017]在其中一個實(shí)施例中，所述正極電解液中，V0S04的濃度為1.5-3.0mol/L, H2S04的濃度為 1.5-3.0mol/L。
[0018]在其中一個實(shí)施例中，所述負(fù)極電解液包括濃度為0.5-3.0mol/L的V2(S04)3和濃度為 0.5-3.0mol/L 的 H2S04。
[0019]在其中一個實(shí)施例中，所述負(fù)極電解液中，V2(S04)3的濃度為1.5-3.0mol/L, H2S04的濃度為 1.5-3.0mol/L。
[0020]在其中一個實(shí)施例中，所述離子交換膜選自質(zhì)子交換膜、經(jīng)Na+型化處理后的陽離子交換膜、經(jīng)K+型化處理后的陽離子交換膜中的ー種，或選自質(zhì)子交換膜、經(jīng)Na+型化處理后的陽離子交換膜、經(jīng)K+型化處理后的陽離子交換膜中的兩種或三種通過物理混合或化學(xué)聚合所形成的復(fù)合膜。
[0021]上述提高全釩液流電池運(yùn)行效率的方法通過控制電解液流速、環(huán)境溫度、充放電電流密度和充放電電壓，使得全釩液流電池可長時間、高效、安全的運(yùn)行，其庫侖效率可達(dá)到92%，電壓效率可達(dá)到89%，能量效率達(dá)82%，100次深度充放電循環(huán)后，電池能量效率無明顯衰減。
[0022]上述提高全釩液流電池運(yùn)行效率的方法可以使得全釩液流電池長時間、高效、安全的運(yùn)行的原因如下:
[0023]1、電解液流速的控制:在一定充放電電流密度下，電解液流速高，電極反應(yīng)的濃差極化小，有利于提聞電池的電壓效率，從而提聞其能量效率。但是，電解液流速尚，I旲兩側(cè)鑰；離子的擴(kuò)散加快，會降低電池的庫侖效率，從而降低低其能量效率。當(dāng)電解液的流速控制在400-1000L/h時，全釩液流電池的能量效率較高。
[0024]2、環(huán)境溫度的控制:環(huán)境溫度高，正、負(fù)極活性物質(zhì)的電化學(xué)反應(yīng)活性高，有利于提高電池的電壓效率，從而提高電池的能量效率。但是，正極電解液易在高溫析出v205沉淀。此外，負(fù)極電解液則易在低溫析出ニ價釩的沉淀。當(dāng)環(huán)境溫度為10-35°c時，正極電解液和負(fù)極電解液均不會析出沉淀，有利于提高電池的能量效率。
[0025]3、充放電電流密度的控制:充放電電流密度高，正、負(fù)極活性物質(zhì)的電化學(xué)極化大，電池的庫侖效率提高，但是電池的電壓效率降低。降低充、放電電流密度，可提高電池的電壓效率，但是由于反應(yīng)時間延長，電池的庫侖效率則降低。當(dāng)充放電電流密度為40-80mA/cm2吋，電池的電壓效率和庫侖效率均較高。[0026]4、充放電電壓范圍的選擇:充電截止電壓低，電極活性物質(zhì)不能充分反應(yīng)，電池容量低；提高充電截止電壓，可能發(fā)生嚴(yán)重的析氫、析氧反應(yīng)，降低充放電效率。此外，放電截止電壓高，不能充分利用電極活性物質(zhì)。當(dāng)充放電電壓為0.8-1.65V吋，電極活性物質(zhì)可以得到充分利用，電池容量較高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為實(shí)施例1的全釩液流電池系統(tǒng)裝置圖；
[0028]圖2為實(shí)施例1的全釩液流電池充放電曲線圖；
[0029]圖3為實(shí)施例2的全釩液流電池充放電曲線圖；
[0030]圖4為實(shí)施例3的全釩液流電池循環(huán)性能曲線圖；
[0031]圖5為實(shí)施例4的全釩液流電池充放電曲線圖；
[0032]圖6為實(shí)施例5的全釩液流電池充放電曲線圖；
[0033]圖7為實(shí)施例6的全釩液流電池充放電曲線圖；
[0034]圖8為實(shí)施例7的全釩液流電池充放電曲線圖；
[0035]圖9為實(shí)施例8的全釩液流電池充放電曲線圖；
[0036]圖10為對比例1的全釩液流電池充放電曲線圖；
[0037]圖11為對比例2的全釩液流電池充放電曲線圖；
[0038]圖12為對比例3的全釩液流電池充放電曲線圖；
[0039]圖13為對比例4的全釩液流電池充放電曲線圖；
[0040]圖14為對比例5的全釩液流電池充放電曲線圖；
[0041]附圖標(biāo)記:1電池正極；2電池負(fù)極；3離子交換膜；4正極電解液儲罐；5負(fù)極電解液儲罐；6正極泵；7負(fù)極泵。
【具體實(shí)施方式】
[0042]以下結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)ー步的闡述。
[0043]實(shí)施例1提高全釩液流電池運(yùn)行效率的方法
[0044]如圖1所示，全釩液流電池包括電池正極1、電池負(fù)極2、離子交換膜3、正極電解液儲罐4、負(fù)極電解液儲罐5、正極泵6和負(fù)極泵7。
[0045]其中，電池正極1與電池負(fù)極2均為碳?xì)趾褪靼褰M成的復(fù)合板，離子交換膜
3為 Nafion 膜。
[0046]正極電解液儲罐4存放的正極電解液中，V0S04的濃度為1.5mol/L, H2S04的濃度為 3.0mol/L。
[0047]負(fù)極電解液儲罐5存放的負(fù)極電解液中，V2(S04)3的濃度為1.5mol/L, H2S04的濃度為 3.0mol/L。
[0048]一種提高全釩液流電池運(yùn)行效率的方法，包括以下步驟:
[0049]( 1)利用正極泵將正極電解液以800L/h的流速經(jīng)管路在電池正極與正極電解液儲罐間循環(huán)，利用負(fù)極泵將負(fù)極電解液以800L/h的流速經(jīng)管路在電池負(fù)極與負(fù)極電解液儲罐間循環(huán)；
[0050](2)將上述全釩液流電池置于溫度恒定在15°C的恒溫箱中，采用Land充放電進(jìn)行充放電測試:充放電電壓范圍設(shè)為0.8-1.65V，充放電電流密度設(shè)為40mA cm_2，得到的充放電曲線圖如圖2所示。
[0051]上述全釩液流電池，在充放電電壓為0.8-1.65V，充放電電流為40mA cm_2時，庫侖效率達(dá)到了 92%，電壓效率達(dá)到89%，能量效率達(dá)到82%。
[0052]實(shí)施例2提高全釩液流電池運(yùn)行效率的方法
[0053]全釩液流電池結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1。
[0054]其中，正極電解液儲罐存放的正極電解液中，V0S04的濃度為0.5mol/L, H2S04的濃度為 3.0mol/L。
[0055]負(fù)極電解液儲罐存放的負(fù)極電解液中，V2 (S04) 3的濃度為0.5mol/L, H2S04的濃度為 3.0mol/L。
[0056]一種提高全釩液流電池運(yùn)行效率的方法，包括以下步驟:
[0057](1)利用正極泵將正極電解液以600L/h的流速經(jīng)管路在電池正極與正極電解液儲罐間循環(huán)，利用負(fù)極泵將負(fù)極電解液以600L/h的流速經(jīng)管路在電池負(fù)極與負(fù)極電解液儲罐間循環(huán)；
[0058](2)將上述全釩液流電池置于溫度恒定在30°C的恒溫箱中，采用Land充放電進(jìn)行充放電測試:充放電電壓范圍設(shè)為0.8-1.65V，充放電電流密度設(shè)為80mA cm_2，得到的充放電曲線圖如圖3所示。
[0059]上述全釩液流電池，在充放電電壓為0.8-1.65V，充放電電流為80mA cm_2時，庫侖效率達(dá)到了 95%，電壓效率達(dá)到85%，能量效率達(dá)到81%。
[0060]實(shí)施例3提高全釩液流電池運(yùn)行效率的方法[0061 ] 全釩液流電池結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1。
[0062]其中，正極電解液儲罐存放的正極電解液中，V0S04的濃度為1.5mol/L, H2S04的濃度為 3mol/L。
[0063]負(fù)極電解液儲罐存放的負(fù)極電解液中，V2 (S04) 3的濃度為1.5mol/L, H2S04的濃度為 3mol/L。
[0064]一種提高全釩液流電池運(yùn)行效率的方法，包括以下步驟:
[0065]( 1)利用正極泵將正極電解液以400L/h的流速經(jīng)管路在電池正極與正極電解液儲罐間循環(huán)，利用負(fù)極泵將負(fù)極電解液以400L/h的流速經(jīng)管路在電池負(fù)極與負(fù)極電解液儲罐間循環(huán)；
[0066](2)將上述全釩液流電池置于溫度恒定在10°C的恒溫箱中，采用Land充放電進(jìn)行充放電測試:充放電電壓范圍設(shè)為0.8-1.65V，充放電電流密度設(shè)為60mA cm_2，得到的電池循環(huán)曲線圖如圖4所示。
[0067]由圖4可以看出，上述全釩液流電池，在充放電電壓為0.8-1.65V，充放電電流為60mA cm_2時，經(jīng)過100次深度充、放電后，電池的能量效率無明顯衰減。
[0068]實(shí)施例4提高全釩液流電池運(yùn)行效率的方法
[0069]全釩液流電池結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1。
[0070]其中，正極電解液儲罐存放的正極電解液中，V0S04的濃度為1.5mol/L, H2S04的濃度為 3.0mol/L。
[0071]負(fù)極電解液儲罐存放的負(fù)極電解液中，V2 (S04) 3的濃度為1.5mol/L, H2S04的濃度為 3.0mol/L。
[0072]一種提高全釩液流電池運(yùn)行效率的方法，包括以下步驟:
[0073]( 1)利用正極泵將正極電解液以1000L/h的流速經(jīng)管路在電池正極與正極電解液儲罐間循環(huán)，利用負(fù)極泵將負(fù)極電解液以1000L/h的流速經(jīng)管路在電池負(fù)極與負(fù)極電解液儲罐間循環(huán)；
[0074](2)將上述全釩液流電池置于溫度恒定在35°C的恒溫箱中，采用Land充放電進(jìn)行充放電測試:充放電電壓范圍設(shè)為0.8-1.65V，充放電電流密度設(shè)為40mA cm_2，得到的充放電曲線圖如圖5所示。
[0075]上述全釩液流電池，在充放電電壓為0.8-1.65V，充放電電流為40mA cm_2時，庫侖效率達(dá)到了 75%，電壓效率達(dá)到95%，能量效率達(dá)到71%。
[0076]實(shí)施例5提高全釩液流電池運(yùn)行效率的方法
[0077]全釩液流電池結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1。
[0078]其中，離子交換膜3為經(jīng)Na+型化處理后的陽離子交換膜。
[0079]正極電解液儲罐存放的正極電解液中，V0S04的濃度為1.5mol/L, H2S04的濃度為3.0mol/L。
[0080]負(fù)極電解液儲罐存放的負(fù)極電解液中，V2 (S04) 3的濃度為1.5mol/L, H2S04的濃度為 3.0mol/L。
[0081]一種提高全釩液流電池運(yùn)行效率的方法，包括以下步驟:
[0082]( 1)利用正極泵將正極電解液以400L/h的流速經(jīng)管路在電池正極與正極電解液儲罐間循環(huán)，利用負(fù)極泵將負(fù)極電解液以400L/h的流速經(jīng)管路在電池負(fù)極與負(fù)極電解液儲罐間循環(huán)；
[0083](2)將上述全釩液流電池置于溫度恒定在10°C的恒溫箱中，采用Land充放電進(jìn)行充放電測試:充放電電壓范圍設(shè)為0.8-1.65V，充放電電流密度設(shè)為60mA cm_2，得到的充放電曲線圖如圖6所示。
[0084]上述全釩液流電池，在充放電電壓為0.8-1.65V，充放電電流為60mA cm_2時，庫侖效率達(dá)到了 93%，電壓效率達(dá)到86%，能量效率達(dá)到80%。
[0085]實(shí)施例6提高全釩液流電池運(yùn)行效率的方法
[0086]全釩液流電池結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1。
[0087]其中，離子交換膜3為經(jīng)K+型化處理后的陽離子交換膜。
[0088]正極電解液儲罐存放的正極電解液中，V0S04的濃度為1.5mol/L, H2S04的濃度為3.0mol/L。
[0089]負(fù)極電解液儲罐存放的負(fù)極電解液中，V2 (S04) 3的濃度為1.5mol/L, H2S04的濃度為 3.0mol/L。
[0090]一種提高全釩液流電池運(yùn)行效率的方法，包括以下步驟:
[0091](1)利用正極泵將正極電解液以600L/h的流速經(jīng)管路在電池正極與正極電解液儲罐間循環(huán)，利用負(fù)極泵將負(fù)極電解液以600L/h的流速經(jīng)管路在電池負(fù)極與負(fù)極電解液儲罐間循環(huán)；
[0092](2)將上述全釩液流電池置于溫度恒定在30°C的恒溫箱中，采用Land充放電進(jìn)行充放電測試:充放電電壓范圍設(shè)為0.8-1.65V，充放電電流密度設(shè)為60mA cm_2，得到的充放電曲線圖如圖7所示。
[0093]上述全釩液流電池，在充放電電壓為0.8-1.65V，充放電電流為60mA cm_2時，庫侖效率達(dá)到了 94%，電壓效率達(dá)到87%，能量效率達(dá)到82%。
[0094]實(shí)施例7提高全釩液流電池運(yùn)行效率的方法
[0095]全釩液流電池結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1。
[0096]其中，離子交換膜3為K+型化處理和Na+型化處理后的兩種陽離子交換膜通過物理混合得到的復(fù)合膜。
[0097]正極電解液儲罐存放的正極電解液中，V0S04的濃度為1.5mol/L, H2S04的濃度為3.0mol/L。
[0098]負(fù)極電解液儲罐存放的負(fù)極電解液中，V2 (S04) 3的濃度為1.5mol/L, H2S04的濃度為 3.0mol/L。
[0099]一種提高全釩液流電池運(yùn)行效率的方法，包括以下步驟:
[0100](1)利用正極泵將正極電解液以600L/h的流速經(jīng)管路在電池正極與正極電解液儲罐間循環(huán)，利用負(fù)極泵將負(fù)極電解液以600L/h的流速經(jīng)管路在電池負(fù)極與負(fù)極電解液儲罐間循環(huán)；
[0101](2)將上述全釩液流電池置于溫度恒定在30°C的恒溫箱中，采用Land充放電進(jìn)行充放電測試:充放電電壓范圍設(shè)為0.8-1.65V，充放電電流密度設(shè)為60mA cm_2，得到的充放電曲線圖如圖8所示。
[0102]上述全釩液流電池，在充放電電壓為0.8-1.65V，充放電電流為60mA cm_2時，庫侖效率達(dá)到了 98%，電壓效率達(dá)到85%，能量效率達(dá)到83%。
[0103]實(shí)施例8提高全釩液流電池運(yùn)行效率的方法
[0104]全釩液流電池結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1。
[0105]其中，離子交換膜3為K+型化處理和Na+型化處理后的兩種陽離子交換樹脂化學(xué)交聯(lián)后得到的復(fù)合膜。
[0106]正極電解液儲罐存放的正極電解液中，V0S04的濃度為1.5mol/L, H2S04的濃度為3.0mol/L。
[0107]負(fù)極電解液儲罐存放的負(fù)極電解液中，V2 (S04) 3的濃度為1.5mol/L, H2S04的濃度為 3.0mol/L。
[0108]一種提高全釩液流電池運(yùn)行效率的方法，包括以下步驟:
[0109](1)利用正極泵將正極電解液以600L/h的流速經(jīng)管路在電池正極與正極電解液儲罐間循環(huán)，利用負(fù)極泵將負(fù)極電解液以600L/h的流速經(jīng)管路在電池負(fù)極與負(fù)極電解液儲罐間循環(huán)；
[0110](2)將上述全釩液流電池置于溫度恒定在30°C的恒溫箱中，采用Land充放電進(jìn)行充放電測試:充放電電壓范圍設(shè)為0.8-1.65V，充放電電流密度設(shè)為80mA cm_2，得到的充放電曲線圖如圖9所示。
[0111]上述全釩液流電池，在充放電電壓為0.8-1.65V，充放電電流為80mA cm_2時，庫侖效率達(dá)到了 96%，電壓效率達(dá)到84%，能量效率達(dá)到81%。
[0112]對比例1
[0113]全釩液流電池結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1。[0114]其中，正極電解液儲罐存放的正極電解液中，V0S04的濃度為1.0mol/L, H2S04的濃度為 3.0mol/L。
[0115]負(fù)極電解液儲罐存放的負(fù)極電解液中，V2 (S04) 3的濃度為1.0mol/L, H2S04的濃度為 3mol/L。
[0116]上述全釩液流電池運(yùn)行效率的方法，包括以下步驟:
[0117](1)利用正極泵將正極電解液以200L/h的流速經(jīng)管路在電池正極與正極電解液儲罐間循環(huán)，利用負(fù)極泵將負(fù)極電解液以200L/h的流速經(jīng)管路在電池負(fù)極與負(fù)極電解液儲罐間循環(huán)；
[0118](2)將上述全釩液流電池置于溫度恒定在0°C的恒溫箱中，采用Land充放電進(jìn)行充放電測試:充放電電壓范圍設(shè)為0.7-1.7V，充放電電流密度設(shè)為20mAcnT2，得到的充放電曲線圖如圖10所示。
[0119]上述全釩液流電池，在充放電電壓為0.7-1.7V，充放電電流為20mA cm_2時，庫侖效率達(dá)到了 75%，電壓效率達(dá)到80%，能量效率達(dá)到60%。
[0120]對比例2
[0121 ] 全釩液流電池結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1。
[0122]其中，正極電解液儲罐存放的正極電解液中，V0S04的濃度為1.5mol/L, H2S04的濃度為 3.0mol/L。
[0123]負(fù)極電解液儲罐存放的負(fù)極電解液中，V2 (S04) 3的濃度為1.5mol/L, H2S04的濃度為 3mol/L。
[0124]上述全釩液流電池運(yùn)行效率的方法，包括以下步驟:
[0125](1)利用正極泵將正極電解液以1200L/h的流速經(jīng)管路在電池正極與正極電解液儲罐間循環(huán)，利用負(fù)極泵將負(fù)極電解液以1200L/h的流速經(jīng)管路在電池負(fù)極與負(fù)極電解液儲罐間循環(huán)；
[0126](2)將上述全釩液流電池置于溫度恒定在15°C的恒溫箱中，采用Land充放電進(jìn)行充放電測試:充放電電壓范圍設(shè)為0.8-1.65V，充放電電流密度設(shè)為40mA cm_2，得到的充放電曲線圖如圖11所示。
[0127]上述全釩液流電池，在充放電電壓為0.8-1.65V，充放電電流為40mA cm_2時，庫侖效率達(dá)到了 78%，電壓效率達(dá)到80%，能量效率達(dá)到62%。
[0128]對比例3
[0129]全釩液流電池結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1。
[0130]其中，正極電解液儲罐存放的正極電解液中，V0S04的濃度為1.5mol/L, H2S04的濃度為 3.0mol/L。
[0131]負(fù)極電解液儲罐存放的負(fù)極電解液中，V2 (S04) 3的濃度為1.5mol/L, H2S04的濃度為 3mol/L。
[0132]上述全釩液流電池運(yùn)行效率的方法，包括以下步驟:
[0133](1)利用正極泵將正極電解液以800L/h的流速經(jīng)管路在電池正極與正極電解液儲罐間循環(huán)，利用負(fù)極泵將負(fù)極電解液以800L/h的流速經(jīng)管路在電池負(fù)極與負(fù)極電解液儲罐間循環(huán)；
[0134](2)將上述全釩液流電池置于溫度恒定在40°C的恒溫箱中，采用Land充放電進(jìn)行充放電測試:充放電電壓范圍設(shè)為0.8-1.65V，充放電電流密度設(shè)為40mA cm_2，得到的充放電曲線圖如圖12所示。
[0135]上述全釩液流電池，在充放電電壓為0.8-1.65V，充放電電流為40mA cm_2時，庫侖效率達(dá)到了 85%，電壓效率達(dá)到84%，能量效率達(dá)到71%。
[0136]對比例4
[0137]全釩液流電池結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1。
[0138]其中，正極電解液儲罐存放的正極電解液中，V0S04的濃度為1.5mol/L, H2S04的濃度為 3.0mol/L。
[0139]負(fù)極電解液儲罐存放的負(fù)極電解液中，V2 (S04) 3的濃度為1.5mol/L, H2S04的濃度為 3mol/L。
[0140]上述全釩液流電池運(yùn)行效率的方法，包括以下步驟:
[0141](1)利用正極泵將正極電解液以800L/h的流速經(jīng)管路在電池正極與正極電解液儲罐間循環(huán)，利用負(fù)極泵將負(fù)極電解液以800L/h的流速經(jīng)管路在電池負(fù)極與負(fù)極電解液儲罐間循環(huán)；
[0142](2)將上述全釩液流電池置于溫度恒定在15°C的恒溫箱中，采用Land充放電進(jìn)行充放電測試:充放電電壓范圍設(shè)為0.8-1.65V，充放電電流密度設(shè)為100mA cnT2，得到的充放電曲線圖如圖13所示。
[0143]上述全釩液流電池，在充放電電壓為0.8-1.65V，充放電電流為100mA cm_2時，庫侖效率達(dá)到了 96%，電壓效率達(dá)到58%，能量效率達(dá)到56%。
[0144]對比例5
[0145]全釩液流電池結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1。
[0146]其中，正極電解液儲罐存放的正極電解液中，V0S04的濃度為1.5mol/L, H2S04的濃度為 3.0mol/L。
[0147]負(fù)極電解液儲罐存放的負(fù)極電解液中，V2 (S04) 3的濃度為1.5mol/L, H2S04的濃度為 3mol/L。
[0148]上述全釩液流電池運(yùn)行效率的方法，包括以下步驟:
[0149](1)利用正極泵將正極電解液以800L/h的流速經(jīng)管路在電池正極與正極電解液儲罐間循環(huán)，利用負(fù)極泵將負(fù)極電解液以800L/h的流速經(jīng)管路在電池負(fù)極與負(fù)極電解液儲罐間循環(huán)；
[0150](2)將上述全釩液流電池置于溫度恒定在15°C的恒溫箱中，采用Land充放電進(jìn)行充放電測試:充放電電壓范圍設(shè)為0.8-1.65V，充放電電流密度設(shè)為30mA cm_2，得到的充放電曲線圖如圖14所示。
[0151]上述全釩液流電池，在充放電電壓為0.8-1.65V，充放電電流為30mA cm_2時，庫侖效率達(dá)到了 60%，電壓效率達(dá)到90%，能量效率達(dá)到75%。
[0152]對比例6
[0153]全釩液流電池結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1。
[0154]其中，正極電解液儲罐存放的正極電解液中，V0S04的濃度為1.5mol/L, H2S04的濃度為 3.0mol/L。
[0155]負(fù)極電解液儲罐存放的負(fù)極電解液中，V2 (S04) 3的濃度為1.5mol/L, H2S04的濃度為 3mol/L。
[0156]上述全釩液流電池運(yùn)行效率的方法，包括以下步驟:
[0157](1)利用正極泵將正極電解液以800L/h的流速經(jīng)管路在電池正極與正極電解液儲罐間循環(huán)，利用負(fù)極泵將負(fù)極電解液以800L/h的流速經(jīng)管路在電池負(fù)極與負(fù)極電解液儲罐間循環(huán)；
[0158](2)將上述全釩液流電池置于溫度恒定在15°C的恒溫箱中，采用Land充放電進(jìn)行充放電測試:充放電電壓范圍設(shè)為1.7-2.0V，充放電電流密度設(shè)為40mA cm—2。
[0159]上述全釩液流電池，在充放電電壓為1.7-2.0V時，全釩液流電池不能正常充放電。
[0160]對比例7
[0161]全釩液流電池結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1。
[0162]其中，正極電解液儲罐存放的正極電解液中，V0S04的濃度為1.5mol/L, H2S04的濃度為 3.0mol/L。
[0163]負(fù)極電解液儲罐存放的負(fù)極電解液中，V2 (S04) 3的濃度為1.5mol/L, H2S04的濃度為 3mol/L。
[0164]上述全釩液流電池運(yùn)行效率的方法，包括以下步驟:
[0165](1)利用正極泵將正極電解液以800L/h的流速經(jīng)管路在電池正極與正極電解液儲罐間循環(huán)，利用負(fù)極泵將負(fù)極電解液以800L/h的流速經(jīng)管路在電池負(fù)極與負(fù)極電解液儲罐間循環(huán)；
[0166](2)將上述全釩液流電池置于溫度恒定在15°C的恒溫箱中，采用Land充放電進(jìn)行充放電測試:充放電電壓范圍設(shè)為0.5-0.7V，充放電電流密度設(shè)為40mAcnT2。
[0167]上述全釩液流電池，在充放電電壓為0.5-0.7V，全釩液流電池不能正常充放電。
[0168]實(shí)施例1-8與對比例1-7的庫侖效率、電壓效率、能量效率如表1所示:
[0169]表1實(shí)施例1-8與對比例1-7的全釩液流電池運(yùn)行效率對比表
[0170]
電解液環(huán)境充放電電充放電庫侖電壓能量
流速溫度流密度電壓(V)效率效率效率
【權(quán)利要求】
1.一種提高全釩液流電池運(yùn)行效率的方法，所述全釩液流電池包括電池正扱、電池負(fù)極、正極電解液儲罐、負(fù)極電解液儲罐、正極電解液、負(fù)極電解液和離子交換膜，其特征在于，包括以下步驟: (1)將正極電解液以400-1000L/h的流速在所述電池正極和所述正極電解液儲罐之間循環(huán)，將負(fù)極電解液以400-1000L/h的流速在所述電池負(fù)極和所述負(fù)極電解液儲罐之間循環(huán)； (2)操作溫度為10-35°C，使所述正、負(fù)極電解液在電流密度為40-80mA/cm2、電壓為0.8-1.65V下發(fā)生氧化或還原反應(yīng)，完成全釩液流電池的充放電循環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高全釩液流電池運(yùn)行效率的方法，其特征在于，步驟(1)中所述正極電解液的流速為600-800L/h，所述負(fù)極電解液的流速為600-800L/h。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高全釩液流電池運(yùn)行效率的方法，其特征在于，步驟(2)中所述操作溫度為15-30°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高全釩液流電池運(yùn)行效率的方法，其特征在于，所述電流密度為 40-60mA/cm2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高全釩液流電池運(yùn)行效率的方法，其特征在于，所述正極電解液包括濃度為0.5-3.0mol/L的V0S04和濃度為0.5-3.0mol/L的H2S04。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的提高全釩液流電池運(yùn)行效率的方法，其特征在于，所述正極電解液中，V0S04 的濃度為 1.5-3.0mol/L mol/L, H2S04 的濃度為 1.5-3.0mol/L。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高全釩液流電池運(yùn)行效率的方法，其特征在于，所述負(fù)極電解液包括濃度為0.5-3.0mol/L的\ (S04) 3和濃度為0.5-3.0mol/L的H2S04。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的提高全釩液流電池運(yùn)行效率的方法，其特征在于，所述負(fù)極電解液中，V2(S04)3 的濃度為 1.5-3.0mol/L, H2S04 的濃度為 1.5-3.0mol/L。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的提高全釩液流電池運(yùn)行效率的方法，其特征在干，所述離子交換膜選自質(zhì)子交換膜、經(jīng)Na+型化處理后的陽離子交換膜、經(jīng)K+型化處理后的陽離子交換膜中的ー種，或選自質(zhì)子交換膜、經(jīng)Na+型化處理后的陽離子交換膜、經(jīng)K+型化處理后的陽離子交換膜中的兩種或三種通過物理混合或化學(xué)聚合所形成的復(fù)合膜。
【文檔編號】H01M8/04GK103456977SQ201310382214
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月28日
【發(fā)明者】魏增福, 王福慶, 陳劍, 鐘國彬, 蘇偉, 劉世念 申請人:廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院, 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所