储能钒电池电解液制备

　　钒电池是一种新型无污染化学储能电源，为液流电池没有固态反应，不发生物质结构的改变，且价格便宜，因此开发钒电池可以缓解能源紧张状况。由于钒电池为液流电池，电解液的质量直接决定了电池的储能能力，找到合适的制备钒电池电解液的方法对钒电池开发十分重要。

　　1 钒电池特点和原理简介

　　1.1 钒电池特点

　　钒电池主要应用在电厂调峰以平衡负荷，大规模光电转换，风能发电的储能电源以及作为边远地区储能系统，不间断电源或应急电源系统，更重要的是可以作为未来电动汽车电源和其它一些军事用途。钒氧化还原液流电池是一种优秀的储能系统[1]，它有如下优点：额定功率和额定能量是独立的，功率大小取决于电池堆，能量大小取决于电解液;可随意增加电解液的量，达到增加电池容量的目的;充放电是不包含复杂的固相变化;深放电达 100%对电池组无危害;电池的保存期无限，存储寿命长;电池结构简单，材料价格便宜，更换和维修费用低;通过更换电解液，就可实现“瞬间再充电”;充电状态可连续监测，各个单体电池处于相同带电状态。

　　1.2 钒电池的工作原理

　　钒电池是以钒的氧化物或化合物发生氧化还原反应得失电子实现化学能向电能的转化。充电时[2]，正极发生氧化反应，负极发生还原反应，放电是则相反。电极反应式见图 1。

　　电池充电后，正极物质为 V5+，负极为 V2+，放电时 V5+得电子变为 V4+，V2+失去电子变成 V3+，放完电后，正负极分别为 V4+和 V3+溶液，正极和负极之间由隔膜隔开。这种隔膜只允许 H+通过，而钒离子不能通过，H+也就担当了电池内部导电的作用[3]。

　　2 钒电池电解液制备方法和工艺路线

　　由钒电池工作原理可得，电解液充电后为 V5+和 V2+，放电后为 V4+和 V3+。但由于 V2+价态低不稳定，很容易被氧化，制得后不易保存，故采用制得 V4+和 V3+这组离子溶液，得放电后电解液。

　　2.1 制备硫酸氧钒 VOSO4 工艺

　　2.1.1 原料(1)V2O5(冶金级)： 含量大于 98%，黄色固体粉末。

　　(2)H2SO4：分析纯，浓度 98%。

　　(3)NaHSO3：化学纯。

　　2.1.2 设备

　　(1) 磁力加热搅拌器;

　　(2) 加热套。

　　2.1.3 制备原理及主要工艺流程

　　V2O5在水中的溶解度很小，要把它制成呈 4 价状态存在的 VOSO4，必须使其还原，而 V2O5即使在H2SO4存在下，也难以直接被还原剂还原，因此需要先活化[4]。传统的方法是将 V2O5溶解于 H2SO4中。在 PH<1 的不同浓度的强酸中 V2O5能溶解生成 VO2+离子，而 VO2+很容易被还原剂还原成 V4+。可知，随 PH 值的减小酸度的增大，其溶解度也增大，所以通过将 V2O5在酸中溶解是使其活化的有效途径。溶解反应的反应式为：