【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及電解液，具體為含有復合添加劑的全釩液流電池電解液及制備方法。
技術介紹
1、全釩液流電池（vrfb）作為一種可擴展的儲能技術，因其較長的循環壽命、較低的維護成本和良好的安全性而備受關注。這種電池技術使用釩離子在不同價態之間的轉換來存儲和釋放能量，因此電解液的穩定性直接影響到電池的性能和壽命。盡管vrfb具有相對較高的設計靈活性，能夠獨立調節功率和能量，但其在高溫度和高濃度條件下的性能下降和電解液穩定性不足仍是限制其廣泛應用的關鍵因素。
2、在現有技術中，為了提高電解液的性能，研究人員已經嘗試了多種不同的添加劑，如絡合劑、ph緩沖劑和熱穩定劑。這些添加劑在一定程度上提高了電解液的穩定性和電池的性能，但它們通常只針對特定的性能指標，而不是全面地改善電解液的穩定性和電池的性能。例如：
3、1.溫度敏感性：許多現有的電解液配方在高溫下穩定性不足，容易導致釩離子沉淀，從而降低電池的可靠性和壽命。
4、2.濃度限制：為了避免沉淀和副反應，電解液中釩的濃度往往受到限制，這限制了電池的能量密度。
5、3.有限的操作溫度范圍：現有電解液通常只在較窄的溫度范圍內表現出最佳性能，這限制了電池在不同環境條件下的應用。
6、4.電解液穩定性：盡管添加劑能夠提高電解液的穩定性，但長期使用仍可能導致性能衰減，特別是在連續的充放電循環中。
技術實現思路
1、針對現有技術的不足，本專利技術提供了含有復合添加劑的全釩液流電池電解液及制備方法，該
2、為實現以上目的，本專利技術通過以下技術方案予以實現：含有復合添加劑的全釩液流電池電解液，所述電解液包括以下質量百分比的組分：
3、硫酸釩15～20%；
4、硫酸釩是全釩液流電池的活性物質，其濃度直接影響電池的能量密度。在15～20%的范圍內，硫酸釩濃度既能保證較高的能量密度，又能維持良好的離子傳輸性能。硫酸釩濃度高足以提供良好的能量密度，但不至于過高導致在高溫下容易沉淀。
5、硫酸20～30%；
6、硫酸作為電解液的支持電解質，可以提供必要的離子傳導環境。20～30%的硫酸濃度有利于保持電解液的電導率，同時防止過飽和和結晶。減少高溫條件下釩離子的水解和沉淀。
7、復合添加劑1～5%；
8、復合添加劑含有磷酸基、磺酸基和氧化還原活性基團，這些基團能夠提高電解液的化學穩定性和電化學活性。磷酸基能夠作為緩沖劑，進一步穩定電解液的ph值，在高溫下抑制釩離子的水解反應。磺酸基增加了電解液的親水性，提高了釩離子的溶解度，減少了在高濃度和高溫條件下的結晶風險。氧化還原活性基團可以參與電池的充放電過程，減少側反應，提高電池的充放電效率和穩定性。
9、余量為去離子水；
10、作為電解液的溶劑，去離子水的作用是稀釋其他組分，形成均勻的電解液溶液。使用去離子水可以避免雜質離子對電池性能的干擾。
11、通過上述技術方案，電解液配方設計不僅提高了全釩液流電池在高溫度、高濃度條件下的性能，而且拓寬了其應用溫度范圍，使得電池能夠在更加苛刻的環境中保持高效穩定的工作狀態。這對于電池的實際應用，尤其是在溫度波動較大的環境中，具有重要的意義。
12、優選的，所述磷酸基來源于磷酸二乙酯，所述磷酸基的質量為復合添加劑總質量的5～10%。
13、通過上述技術方案，磷酸基團可以作為緩沖劑，有助于維持電解液的ph值穩定，減少高溫下釩離子的水解和沉淀。磷酸基團還可以形成釩的穩定絡合物，提高釩離子在高濃度下的溶解度和穩定性。
14、優選的，所述磺酸基由磺酸或其鹽類引入，所述磺酸基的質量為復合添加劑總質量的10～15%。
15、通過上述技術方案，磺酸基團增加了電解液的親水性，提高了釩離子的溶解度，從而降低了在高溫和高濃度條件下的沉淀風險。磺酸基團還能提高電解液的離子傳導性，有助于提升電池的充放電性能。
16、優選的，所述氧化還原活性基團為醌基，所述醌基的質量為復合添加劑總質量的20～25%。
17、通過上述技術方案，醌基團具有良好的氧化還原活性，可以參與電池的充放電反應，提升電池的能量轉換效率。醌基團的引入還可以抑制有害副反應的發生，保護電解液不被降解，從而延長電池的使用壽命。
18、總的來說，通過優化復合添加劑中各活性基團的含量比例，可以得到一種既能夠在高溫高濃度條件下保持穩定，又能提升電池性能的全釩液流電池電解液。磷酸二乙酯提供的磷酸基團有助于穩定電解液ph值；磺酸或其鹽類引入的磺酸基團提升了釩離子的溶解度和電解液的電導率；醌基團作為氧化還原活性基團，提高了電池的充放電效率和穩定性。這樣的復合添加劑設計，對全釩液流電池的商業應用和工業推廣具有重要的促進作用。
19、優選的，所述復合添加劑進一步包括與氧化還原活性基團反應形成的共聚物，所述共聚物由羥基醌、磷酸二乙酯和磺酸按照1:0.5～1:0.5～1的摩爾比制備。
20、通過上述技術方案，通過共聚反應，這些基團不是單獨存在，而是形成了結構上穩定的共聚物，這會進一步提升電解液的性能。共聚物可以在分子層面上提供更加均勻的活性基團分布，從而優化電解液的電化學性能和熱穩定性。
21、優選的，所述復合添加劑的制備，包括以下步驟：
22、1）取羥基醌作為氧化還原活性基團的前體，磷酸二乙酯作為磷酸基的來源，以及磺酸作為磺酸基的來源；
23、2）將一定量的羥基醌溶解于乙醇或水中，在攪拌條件下，將磺酸緩慢加入到羥基醌溶液中以形成羥基醌磺酸酯中間體；這一步驟可以通過酯化反應來實現，需要適當的催化劑和反應條件。
24、3）在溶液中加入磷酸二乙酯，在70～80℃下反應4～6小時，磷酸基團與羥基醌磺酸酯中間體反應，形成磷酸化的羥基醌磺酸酯復合物；在此過程中，磷酸二乙酯中的磷酸基團與羥基醌磺酸酯中間體反應，形成磷酸化的羥基醌磺酸酯復合物。
25、4）反應完成后，將混合物冷卻至室溫，去除未反應的起始物質和副產品；這可以包括過濾、洗滌和干燥等步驟。
26、5）將得到的產物與聚乙烯醇混合，在保護氣氛下升溫至60～90℃下反應2～8小時，進行聚合，形成最終的復合添加劑。在此過程中，復合添加劑的聚合可以通過與聚乙烯醇中的羥基發生酯化反應或交聯反應來實現。
27、本專利技術還提供一種上述含有復合添加劑的全釩液流電池電解液的制備方法，包括以下步驟：
28、s1、將硫酸釩溶解在去離子水中，充分攪拌；
29、s2、在步驟s1所得溶液中加入硫酸，溫度在5～25℃，攪拌混合；
30、s3、向步驟s2所得溶液中加入復合添加劑，攪拌混合；
31、s4、調整所得溶液的ph值至2.0～3.本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.含有復合添加劑的全釩液流電池電解液，其特征在于，所述電解液包括以下質量百分比的組分：硫酸釩15～20%，硫酸20～30%，復合添加劑1～5%，余量為去離子水；
2.根據權利要求1所述的含有復合添加劑的全釩液流電池電解液，其特征在于，所述磷酸基來源于磷酸二乙酯，所述磷酸基的質量為復合添加劑總質量的5～10%。
3.根據權利要求2所述的含有復合添加劑的全釩液流電池電解液，其特征在于，所述磺酸基由磺酸或其鹽類引入，所述磺酸基的質量為復合添加劑總質量的10～15%。
4.根據權利要求3所述的含有復合添加劑的全釩液流電池電解液，其特征在于，所述氧化還原活性基團為醌基，所述醌基的質量為復合添加劑總質量的20～25%。
5.根據權利要求4所述的含有復合添加劑的全釩液流電池電解液，其特征在于，所述復合添加劑進一步包括與氧化還原活性基團反應形成的共聚物，所述共聚物由羥基醌、磷酸二乙酯和磺酸按照1:0.5～1:0.5～1的摩爾比制備。
6.根據權利要求5所述的含有復合添加劑的全釩液流電池電解液，其特征在于，所述復合添加劑的制備，包括以下
7.一種如權利要求1-6任一項所述的含有復合添加劑的全釩液流電池電解液的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
8.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S3中，攪拌速度為200～500rpm，攪拌時間為1～3小時。
9.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S5中，過濾使用0.2～0.5微米過濾器進行。
10.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S5中，脫氣在0.1～1.0mbar的真空下進行，時間為30分鐘～2小時。
...【技術特征摘要】
1.含有復合添加劑的全釩液流電池電解液，其特征在于，所述電解液包括以下質量百分比的組分：硫酸釩15～20%，硫酸20～30%，復合添加劑1～5%，余量為去離子水；
2.根據權利要求1所述的含有復合添加劑的全釩液流電池電解液，其特征在于，所述磷酸基來源于磷酸二乙酯，所述磷酸基的質量為復合添加劑總質量的5～10%。
3.根據權利要求2所述的含有復合添加劑的全釩液流電池電解液，其特征在于，所述磺酸基由磺酸或其鹽類引入，所述磺酸基的質量為復合添加劑總質量的10～15%。
4.根據權利要求3所述的含有復合添加劑的全釩液流電池電解液，其特征在于，所述氧化還原活性基團為醌基，所述醌基的質量為復合添加劑總質量的20～25%。
5.根據權利要求4所述的含有復合添加劑的全釩液流電池電解液，其特征在于，所述復合添加劑進一...
【專利技術屬性】
技術研發人員：孟青，張家樂，于冬青，許超，
申請(專利權)人：山西國潤儲能科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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