【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于電化學儲能，具體涉及一種用于氧化還原電池的正極電解液和負極電解液的高濃度氨基磺酸基偏釩酸銨電解液及其制備方法。
技術介紹
1、氧化還原液流電池是一種特殊類型的氧化還原電池。這類電池的正負極活性物質分別儲存在兩個儲液罐中。在運行過程中，正極和負極電解液在泵的外力推動下分別流過正極半電池和負極半電池。這類電池的容量決定于儲液罐的容積，功率和容量解耦，配置靈活，可根據用戶要求調節。因氧化還原液流電池其循環壽命長、能效高、環境友好等優點，被認為是最有前途的間歇性可再生能源儲能系統之一。在氧化還原電池中，電解液濃度的高低決定氧化還原電池單位體積(或質量)儲存能量的多少，電解液的組成和性能決定液流儲能系統倍率放電特性、電壓效率和能量效率等。因此，電解質溶液的濃度、電化學活性是電池性能的關鍵因素。
2、1985年澳大利亞新南威爾士大學maria?skyllas-kazacos提出全釩氧化還原液流電池(vanadium?redox?flow?battery)的概念。在酸性介質中，v(v)與v(iv)構成氧化還原對vo2+no2+，其氧化還原電位為1.004伏，可以作為電池的正極電解液；v(iii)與v(ii)構成氧化還原對v2+n3+，其氧化還原電位為-0.255伏，可以作為電池的負極電解液。以上述正極電解液和負極電解液分別作為正極和負極活性物質，可以組成氧化還原電池，即全釩液流電池。目前，國內外文獻報道的穩定的全釩液流電池電解液均以硫酸為主要溶劑，為總釩濃度為1.4～2.0mol/l、硫酸濃度為2.0-5.0mol/
3、氨基磺酸是一種硫酸的羥基被氨基取代而形成的無機固體酸，是一種非揮發性、無腐蝕性、環保、低成本、對人體毒性小的試劑。氨基磺酸的水溶液具有與鹽酸、硫酸等同等的強酸性，故別名又叫固體硫酸。氨基磺酸的單晶x射線和中子衍射表明氨基磺酸以兩性離子的形式存在。在電池添加劑和電解質應用方面，氨基磺酸可以用于固態電池的添加劑，特別是在鋰電池領域，作為添加劑和電解質能夠改善電池的性能。此外，有研究表明，氨基磺酸電解液在氧化還原電池中表現出良好的性能，并通過加入添加劑進一步改善了電池體系的充放電循環性能。以氨基磺酸為電解質來配制全釩液流電池，可以減小對設備的腐蝕性。
4、目前生產釩電解液的釩原料主要為五氧化二釩，一般由多釩酸銨或偏釩酸銨高溫煅燒(550℃以上)脫氨制取，生產條件和生產環境極為苛刻。采用偏釩酸銨為原料直接制備釩電解液可以縮短制備流程，降低電解液生產成本。
技術實現思路
1、本專利技術目的是針對目前全釩液流電池電解液制備過程成本較高，原料單一，支持電解質主要為濃硫酸的特點，拓展釩電解液的生產配方和工藝，為全釩液流電池的產業化應用做儲備。本專利技術提供一種以偏釩酸銨為釩離子電活性物質供給原料，氨基磺酸為支持電解質的氧化還原液流電池的高濃度釩電解液及其制備方法。該技術能夠一步獲得高濃度、高穩定性的電解液，從而能夠提高包括該電解液的氧化還原電池的比能量和能量密度。
2、本專利技術提供的正極電解液和負極電解液可以應用于全釩氧化還原電池，也可以分別應用于其他氧化還原電池。
3、本專利技術的技術方案是這樣實現的，它提供了用于氧化還原電池的高濃度電解液，以及包括上述電解液的氧化還原電池，上述電解液的主要成分為釩離子、氫離子、銨根離子和磺酸根離子。所述電解液以氨基磺酸為溶劑，銨根的引入理論上可以提升釩電對的電化學動力學，而磺酸與胺基團可以與v(v)形成絡離子阻止其沉淀，可以實現高濃度的穩定的釩電解液，總釩濃度可高達2.0～4.0mol/l。
4、本專利技術的另一個方面，提供了一種用于氧化還原電池的電解液的制備方法，包括以下步驟：分別將偏釩酸銨和可選的還原劑溶解于一定濃度的氨基磺酸溶液中，在60-100℃下反應獲得總釩濃度為2.0～4.0mol/l的電解液前驅體；以及電解所述電解液前驅體以獲得用于氧化還原電池的正極電解液和負極電解液。
5、所述正電解液前驅體包含iii價釩、或者iv價釩、或者iii價釩與iv價釩的混合物、或者iv價釩與v價釩的混合物。
6、所述負極電解液前驅體包含iii價釩、或者iv價釩、或者iii價釩與iv價釩的混合物。所述還原劑選自抗壞血酸、酒石酸、檸檬酸、雙氧水、甲酸、乙酸和亞硫酸鈉中的一種。
7、本專利技術用于氧化還原電池的高濃度釩電解液的制備方法，獲得的電解液具有較高的總釩濃度、良好的穩定性和電化學活性。
8、本專利技術的正極電解液和負極電解液可以組成全釩氧化還原電池。上述正極電解液也可以與另一負極活性物質組成一種新的氧化還原電池。上述負極電解液也可以與另一正極活性物質組成一種新的氧化還原電池。
9、上述氧化還原電池的電解液可以是液流類型的，也可以是非液流類型的。
10、與現有技術相比，本專利技術所述方法具有的優勢如下：
11、(1).本專利技術利用不同溫度和ph值下釩酸鹽溶解度的差異，通過控制溫度和多次加入量保證釩酸鹽溶解度，并獲得高濃度，省去結晶再溶解的過程，環境友好，成本低。
12、(2).本專利技術技術全過程為濕法過程，物理法結晶提純，無需高溫反應、煅燒過程，能耗低，易于操作，無廢氣廢渣產生，全過程液體可實現循環利用，過程清潔。
13、(3).本專利技術以偏釩酸銨為釩原料制備電解液，以氨基磺酸為支持電解質，拓寬了釩電池電解液制備的原料范圍。
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1.一種氨基磺酸基高濃度偏釩酸銨電解液及其制備方法，其特征是該電解液包括正極電解液和負極電解液，應用于氧化還原電池，電解液的主要成分為釩離子和銨根離子，電解液以氨基磺酸為溶劑，制備高釩濃度電解液，電解液中的總釩濃度可達到2.0～4.0mol/L，氨基磺酸濃度為1.0～3.0mol/L。
2.根據權利要求1所述的氨基磺酸基高濃度偏釩酸銨電解液及其制備方法，其特征是用于氧化還原電池的正極電解液，其中釩離子主要以四價和五價釩(V(VI)、V(V))價態存在，總釩濃度可以達到2.0～4.0mol/L。
3.根據權利要求1所述的氨基磺酸基高濃度偏釩酸銨電解液及其制備方法，其特征是用于氧化還原電池的負極電解液，其中釩離子主要以二價和三價(V(II)、V(III))價態存在，總釩濃度可以達到2.0～4.0mol/L。
4.根據權利要求1所述的氨基磺酸基高濃度偏釩酸銨電解液制備方法，其特征用于氧化還原電池的正極電解液和負極電解液的制備方法包括以下步驟：分別將偏釩酸銨和可選的還原劑溶解于氨基磺酸溶液中獲得總釩濃度為2.0～4.0mol/L的電解液。
6.根據權利要求1所述的用于氧化還原電池的氨基磺酸基高濃度偏釩酸銨電解液的制備方法，其特征在于：所用偏釩酸銨純度大于98％。
7.根據權利要求1所述的用于氧化還原電池的氨基磺酸基高濃度偏釩酸銨電解液的制備方法，其特征在于：所述還原劑選自抗壞血酸、酒石酸、檸檬酸、雙氧水、甲酸、乙酸和亞硫酸鈉的一種。
8.根據權利要求1所述的氨基磺酸基高濃度偏釩酸銨電解液及其制備方法，其特征電解液前驅體的配制：分段稱取適量氨基磺酸與偏釩酸銨，將氨基磺酸置于燒杯中加適量蒸餾水，將偏釩酸銨加入到溶液中，逐步添加還原劑，在60～100℃反應，pH值范圍1.0～3.0，配置總釩濃度2.0～4.0mol/L的氨基磺酸基高濃度偏釩酸銨電解液前軀體。
9.根據權利要求1所述的氨基磺酸基高濃度偏釩酸銨電解液及其制備方法，其特征電解液的配制：氨基磺酸與偏釩酸銨的摩爾比為2：1～6：1，還原劑與偏釩酸銨的摩爾比為1：1～3：1。
...【技術特征摘要】
1.一種氨基磺酸基高濃度偏釩酸銨電解液及其制備方法，其特征是該電解液包括正極電解液和負極電解液，應用于氧化還原電池，電解液的主要成分為釩離子和銨根離子，電解液以氨基磺酸為溶劑，制備高釩濃度電解液，電解液中的總釩濃度可達到2.0～4.0mol/l，氨基磺酸濃度為1.0～3.0mol/l。
2.根據權利要求1所述的氨基磺酸基高濃度偏釩酸銨電解液及其制備方法，其特征是用于氧化還原電池的正極電解液，其中釩離子主要以四價和五價釩(v(vi)、v(v))價態存在，總釩濃度可以達到2.0～4.0mol/l。
3.根據權利要求1所述的氨基磺酸基高濃度偏釩酸銨電解液及其制備方法，其特征是用于氧化還原電池的負極電解液，其中釩離子主要以二價和三價(v(ii)、v(iii))價態存在，總釩濃度可以達到2.0～4.0mol/l。
4.根據權利要求1所述的氨基磺酸基高濃度偏釩酸銨電解液制備方法，其特征用于氧化還原電池的正極電解液和負極電解液的制備方法包括以下步驟：分別將偏釩酸銨和可選的還原劑溶解于氨基磺酸溶液中獲得總釩濃度為2.0～4.0mol/l的電解液。
5.根據權利要求1所述的高濃度釩電解液及其制作方法，其特征...
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