Study on the chemical synthesis and the performance of V(Ⅲ)-V(Ⅳ) electrolyte

钒电池是一种高效储能装置,钒电池电解液直接影响电池性能。本文以V2O3、V2O5和H2SO4为原料,化学合成了用于钒电池的V(Ⅲ)-V(Ⅳ)电解液,研究了无水乙醇与焦磷酸钠作为添加剂对电解液稳定性和电化学活性的影响。实验结果表明,当V2O3/V2O5质量比为7.2∶1时,可以得到V(Ⅲ)/V(Ⅳ)离子浓度比为1.0的电解液;添加剂的加入能提高电解液的稳定性和电化学反应活性。     

Study on the chemical synthesis and the performance of V（III）-V（IV） electrolyte

钒电池是一种高效储能装置,钒电池电解液直接影响电池性能。本文以V2O3、V2O5和H2SO4为原料,化学合成了用于钒电池的V（Ⅲ）-V（Ⅳ）电解液,研究了无水乙醇与焦磷酸钠作为添加剂对电解液稳定性和电化学活性的影响。实验结果表明,当V2O3/V2O5质量比为7.2∶1时,可以得到V（Ⅲ）/V（Ⅳ）离子浓度比为1.0的电解液;添加剂的加入能提高电解液的稳定性和电化学反应活性。     

全钒液流电池阴极电解液稳定性

在钒硫酸溶液中加入添加剂,对钒电池阴极电解液的稳定性进行了研究。利用循环伏安法和交流阻抗法分别对含1%的草酸、草酸铵、乙二胺四乙酸、葡萄糖、D-果糖、α-乳糖的V（Ⅲ）硫酸溶液进行了分析测试。实验结果表明：添加上述添加剂后,溶液中V（Ⅲ）的溶解度和稳定性有所提高,羧酸类化合物比羟基类化合物的效果更加明显,更适合作为阴极电解液的添加剂。当采用1%草酸的1.8 mol· L^-1 V（Ⅲ）硫酸溶液作为阴极电解液和2 mol·L^-1 VOSO₄硫酸溶液作为阳极电解液组装钒电池时,电池的充放电性能表明此时钒硫酸溶液具有较高的单位体积电容量。     

高纯V2O5制备钒电池用VOSO4的工艺研究

对以高纯V2O5为原料、SO2还原V2O5法制备VOSO4的工艺及其反应机理进行了研究,计算了制备VOSO4的反应焓变和吉布斯自由能变化,并用制备的VOSO4作为钒电池的活性材料进行了充放电性能测试。结果表明:该法生产工艺简单,V2O5∶SO2∶H2SO4的最佳摩尔比为1∶1.10~1.15∶1.10~1.15。制备出的VOSO4中V4+的含量占总钒量的99.71%、V5+含量仅占0.29%,具有良好的充放电性能,可以作为钒电池电解液的活性材料。     

应用于氧化还原电池正极的VO(CH_3SO_3)_2电解液

以甲基磺酸为溶剂,制备了用于氧化还原电池正极的钒电解液,并对不同自由酸浓度的电解液进行了电导率、粘度和热稳定性、电化学性能测试。结果表明,当CH3SO3H的浓度为2 mol/L时,电解液的导电性最好;随着CH3SO3H浓度的升高,电解液的粘度逐渐增大,钒离子的扩散系数逐渐降低。当自由酸的浓度为4 mol/L时,电解液具有良好的稳定性,电极过程的可逆性最好。以2 mol/L VO(CH3SO3)2+4 mol/L CH3SO3H为正极电解液组装的锌钒电池,充电以后的开路电压达1.96 V,前10个循环的放电平均中值电压为1.61 V,平均电流效率为96.12%,能量效率为74.03%。     

应用于氧化还原电池正极的VO(CH_3SO_3)_2电解液

以甲基磺酸为溶剂,制备了用于氧化还原电池正极的钒电解液,并对不同自由酸浓度的电解液进行了电导率、粘度和热稳定性、电化学性能测试。结果表明,当CH3SO3H的浓度为2 mol/L时,电解液的导电性最好;随着CH3SO3H浓度的升高,电解液的粘度逐渐增大,钒离子的扩散系数逐渐降低。当自由酸的浓度为4 mol/L时,电解液具有良好的稳定性,电极过程的可逆性最好。以2 mol/L VO(CH3SO3)2+4 mol/L CH3SO3H为正极电解液组装的锌钒电池,充电以后的开路电压达1.96 V,前10个循环的放电平均中值电压为1.61 V,平均电流效率为96.12%,能量效率为74.03%。     

五氧化二钒电解制备全钒液流电池V3+电解液

电解液的质量直接决定了全钒液流电池的储电能力。为了降低全钒液流电池的生产成本,在国内首次采用流动型电解槽电解还原法,研究了采用相对廉价的五氧化二钒(V2O5)代替价格昂贵的硫酸氧钒(VOSO4)为原料制备全钒液流电池电解液的制备技术;研究了阳极电极材料、电解电流密度等对制备电解液的影响因素;并通过循环伏安、交流阻抗和充放电测试分析和比较由两种原料制备的电解液的电化学性能。实验结果表明:以Ru Ir/Ti为阳极,多孔铅板为阴极,3 mol·L-1 H2SO4为阳极电解液,1.5 mol·L-1 V2O5+3 mol·L-1 H2SO4粉末混合溶液为阴极电解液,40 m A·cm-2恒流电解得到的电解液不但具有良好的电化学活性和可逆性,且电流效率高和电能损耗低,完全可以满足全钒液流电池的工作需求。     

乙酸铵作为添加剂对V(Ⅳ)电解液性能的影响

向V(Ⅳ)电解液中加入乙酸铵作为添加剂,加入量为0.5%(质量分数),在常温下对电解液进行稳定性和电化学性能研究,通过观察,发现乙酸铵的加入提高了电解液的稳定性。循环伏安曲线分析表明,加入乙酸铵后,电解液中V(Ⅳ)-V(Ⅴ)电对的反应速度加快了,交流阻抗测试结果表明,乙酸铵加入后,减小了电极反应的阻抗。     

复合添加剂对钒电池正极电解液性能的影响

为了提高钒电池电解液的性能，选取了3种复合添加剂，研究了复合添加剂对钒电池正极电解液稳定性和电化学性能的影响。利用电化学方法制备了2 mol/L的全钒液流电池正极5价钒离子电解液，采用临界胶束浓度法得到复合添加剂的配比为：1% KHSO₄+3 mmol/L SDBS（十二烷基苯磺酸钠）、1% KHSO₄+2 mmol/L D-山梨醇、1% KHSO₄+2 mmol/L CTAB（十六烷基三甲基溴化铵），并考察添加剂加入电解液后的稳定性与电化学性能。通过XRD分析手段，对电解液沉淀物的成分进行了表征。研究表明：添加剂的加入，并不会引起钒离子价态的变化，1% KHSO₄+2 mmol/L CTAB加入后，电解液峰电位差减小12 mV，峰电流增加9.8 mA，说明CTAB与KHSO₄在合适配比下，能够有效提高正极电解液的稳定性及可逆性，添加剂的引入并未引起电解液沉淀物的物相组成变化，电解液性能显著提高。     

钒氧化还原液流电池正极电解液热稳定性的研究进展

钒氧化还原液流电池是一种优势众多、较为理想的大规模储能技术.电解液作为钒电池的核心部分,其热稳定性直接决定了钒电池的稳定性和使用寿命.从电解液组成比例、支持电解质种类和添加剂3方面综述了钒电池正极电解液热稳定性的研究进展,并对今后的研究方向进行了展望.     

煅烧-碱浸法从钒铬还原渣中分离回收钒铬

通过煅烧-碱浸法从钒铬还原渣中分离回收钒铬,考察了煅烧反应过程并探讨了煅烧-碱浸条件对浸出钒的影响。结果表明:煅烧过程中Cr(Ⅲ)和V(Ⅳ)反应生成中间产物CrVO4,随后CrVO4分解为Cr2O3和V2O5;相同浓度条件下,在V2O5浸出效果方面NaOH要优于Na2CO3,提高浸出介质浓度和延长浸出时间有利于V2O5的浸出,而浸出温度对V2O5浸出无明显影响,钒铬还原渣在850℃煅烧1.5 h后经3 mol·L?1 NaOH在90℃浸出1.5 h,滤渣中的Cr2O3质量分数高于96%,钒、铬的浸出率分别为87.3%和小于1%,另外,利用酸性铵盐法能够沉淀滤液中97%的钒。     

离子液体BMIMBF4对全钒液流电池正极电解液的影响

为提高全钒液流电池的能量密度和正极电解液稳定性,采用循环伏安、交流阻抗等方法,研究了1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（BMIMBF₄）作为正极电解液添加剂对溶液稳定性和电化学反应活性的影响,并对其机理进行了初步探讨。实验结果表明,添加BMIMBF₄后,正极电解液中五价钒离子的稳定性显著提高,电解液的电化学反应活性也有所提升。当添加量为1%时,电池的单位体积电容量比有所增加,并且能量效率有所提升。     

钒电池用硫酸氧钒的制备研究

围绕钒电池用硫酸氧钒的制备,通过理论分析和试验结果确定本研究制备V(Ⅳ)溶液可行性和优势,并初步研究了此电解液的性能,确定化学法利用攀钢的氧化钒制备硫酸氧钒溶液最佳工艺条件。     

钒氧化物作为锂离子电池电极材料的研究

目前,钒氧化物在锂离子电池电极材料的应用得到了极大关注.本文主要从结构、合成方法、电化学性能、研究现状等方面,综合比较了V2O5、V6O13、V3O7·H2O、VO2、V2O3等多种钒氧化物,阐述了钒氧化物作为锂离子电池电极材料的优点及存在的问题.     

锑离子添加剂对低共熔溶剂(DES)电解液液流电池的性能改善研究

非水系氧化还原液流电池（NARFB）的广泛应用受制于其较低的性能。在电解液中加入一些金属离子添加剂是一种可能的解决方案。实验研究了Sb³⁺离子对低共熔溶剂（DES）电解液液流电池电化学性能的影响。结果表明,添加Sb³⁺离子可以强化V（Ⅲ）/V（Ⅱ）氧化还原离子对的电化学反应动力学（最高可达22.6％）过程,钒离子在DES中的扩散系数提高了63.3％,并且电荷转移电阻降低了11.9％。场发射扫描电子显微镜表明,Sb³⁺离子电沉积在石墨毡的表面,对电化学反应起催化作用,从而改善了电化学性能。考虑增强的动力学和降低的活性比表面积之间的平衡,确定了Sb³⁺的最佳浓度为15 mmol·L^-1。此外,当使用含有Sb³⁺的负极电解液液流电池时,液流电池的功率密度提高了31.2%,从含原始电解质的3.08 mW·cm^-2到含15 mmol·L^-1 Sb³⁺离子的4.04 mW·cm^-2。这些结果为改善NARFB的电池性能提供了一个便捷而有前景的方法。     

3-异氰酸丙烯对高镍LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2/石墨全电池高温性能的改善

为了探究3-异氰酸丙烯(AI)作为电解液添加剂对高镍层状LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2(NCM811)/石墨全电池高温性能的影响,在EC:EMC:DEC=3:5:2/15%(wt) LiPF_6电解液中加入不同浓度添加剂,对不同组全电池进行了循环伏安曲线及一系列高温下测试,探究了其电化学性能;通过扫描电子显微镜(SEM)对NCM811正极表面进行了形貌表征。结果表明,适量AI的加入可以增强全电池在高温下的充放电及存储性能,且对高镍正极表面起到保护作用。     

高压正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4锂离子电池阻燃电解液的研究

研究了甲基磷酸二甲酯(DMMP)含量对1 mol/L Li PF6/EC∶DEC∶EMC(1∶1∶1)电解液的电化学稳定性、热稳定性及电导率的影响,并首次将含DMMP的阻燃电解液应用于高压材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4中。结果表明,加入DMMP添加剂后电解液的热稳定性得到提高,但是该添加剂电解液的电导率有所降低。研究了DMMP对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4扣式电池的电化学性能的影响,循环伏安测试表明,几乎不影响电解液在高压条件下的使用,充放电测试结果表明,DMMP的使用会降低电池的循环性能,当DMMP含量为5%时,对电池的循环性能影响较小。此外,交流阻抗(EIS)分析表明,DMMP对循环性能影响的主要原因是内阻随着循环的增加而增大。     

高压正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4锂离子电池阻燃电解液的研究

研究了甲基磷酸二甲酯(DMMP)含量对1 mol/L Li PF6/EC∶DEC∶EMC(1∶1∶1)电解液的电化学稳定性、热稳定性及电导率的影响,并首次将含DMMP的阻燃电解液应用于高压材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4中。结果表明,加入DMMP添加剂后电解液的热稳定性得到提高,但是该添加剂电解液的电导率有所降低。研究了DMMP对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4扣式电池的电化学性能的影响,循环伏安测试表明,几乎不影响电解液在高压条件下的使用,充放电测试结果表明,DMMP的使用会降低电池的循环性能,当DMMP含量为5%时,对电池的循环性能影响较小。此外,交流阻抗(EIS)分析表明,DMMP对循环性能影响的主要原因是内阻随着循环的增加而增大。     

化学还原法制备钒电池电解液中还原剂选择及性能

以V_2O_5为原料,采用化学还原法制备钒电池电解液。对比草酸、抗坏血酸、酒石酸、柠檬酸、双氧水、甲酸、乙酸制备所得钒电池电解液的转化率、还原率及电化学性能,发现草酸制得的电解液转化率及还原率较高,且其电化学活性明显优于其他还原剂。对草酸制备电解液的反应动力学进行分析,发现该反应为放热反应且在常温下能自发进行。对制备过程中的各项参数进行优化,在n(H_2C_2O_4)∶n(V_2O_5)=1∶1、反应温度90℃、反应时间100min、n(H_2SO_4)∶n(V_2O_5)=5∶1的条件下,电解液的转化率与还原率达到了94.80%和93.55%。草酸和VOSO_4制备的电解液电化学分析结果表明草酸制备的电解液能够抑制析氧副反应的发生,具有较大的扩散系数、交换电流密度、电极反应标准速率常数和较小的极化电阻,对电极反应的传质过程和传荷过程有促进作用,提高了电极反应速率。以草酸为还原剂能够在较低温度下高效地制备具有良好的电化学性能及稳定性的钒电池电解液。     

一种新颖钒氧酸盐晶体(H_2en)_3V_(10)O_(28)·5H_2O的合成、晶体结构及表征

通过传统常温溶液挥发法得到一种新颖钒氧酸盐化合物(H2en)3V10O28·5H2O(en=(CH2NH2)2乙二胺),并对其进行X射线单晶衍射、红外和热重等性质表征。结构解析数据如下:单斜晶系,C2/c空间群,a=2.0250(3)nm,b=1.7193(2)nm,c=1.05376(13)nm,α=90.00°,β=103.615(2)°,γ=90.00°,V=3.5655(8)nm3。晶体由一个钒十多酸阴离子骨架[V10O28]6-、三个游离的质子化乙二胺阳离子和五个游离水分子构成。