失衡电池电解液的修复方法及其修复终点的判断方法

    专利查询2026-05-01  4


    本发明涉及电解液修复,具体涉及一种失衡电解液的修复方法。此外,本发明还提供一种失衡电池电解液修复终点的判断方法。


    背景技术:

    1、全钒液流电池由于独特的安全性被认为是具有优势的大规模储能方式之一,钒电池的充放电容量由电解液体积及其中钒浓度和钒离子的利用率决定,长期运行中钒电池的正负极电解液互窜导致其产生体积差和浓度差,通常为负极电解液向正极侧迁移,造成钒浓度和价态失衡,导致充放电容量发生实质性衰减,而钒电池的容量衰减是影响钒电池规模化应用的主要瓶颈之一。

    2、目前,针对失衡电解液的再平衡主要分为完全再平衡和部分再平衡,完全(重混)再平衡和部分(混合)再平衡这两者都是从恢复电解液的体积和浓度方向考虑,无法解决电解液的氧化失衡和还原失衡问题。

    3、现有技术中虽然也给出了一些修复方法,但是并未给出修复终点的最终确定方法,不能准备判断电解液的修复终点,最终影响后续的应用。


    技术实现思路

    1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的未给出修复终点的最终确定方法的问题,提供一种失衡电池电解液的修复方法及其修复终点的判断方法,该修复方法修复效果较好,能够提高失衡电池电解液的利用效率。

    2、为了实现上述目的,本发明第一方面提供一种失衡电池电解液的修复方法,包括如下步骤:

    3、s1、将失衡电池的正极电解液和负极电解液混合,得到混合电解液i;

    4、配置所混合电解液i中所含的金属阳离子的五价离子悬浊液;

    5、s2、将所述混合电解液i和所述五价离子悬浊液混合得到混合电解液ii;

    6、s3、将所述混合电解液ii分成两份,其中一份作为阳极电解液,另一份作为阴极电解液,进行恒流电解,当电池端电压发生阶跃,且端电压一阶微分最大时,即为修复终点。

    7、优选地,在步骤s1中,确定所述混合电解液i的体积,并记为v1,确定所述混合电解液i中,金属的三价阳离子的摩尔浓度、四价阳离子的摩尔浓度和硫酸根离子的摩尔浓度,其中,三价阳离子的摩尔浓度记为c3价,四价阳离子的摩尔浓度记为c4价,硫酸根离子的摩尔浓度记为c酸根离子。

    8、进一步优选地,在步骤s1中,配置五价离子悬浊液的方法包括:将用于形成五价离子悬浊液中金属阳离子的五价金属的氧化物、硫酸溶液和水混合。

    9、优选地,在步骤s1的所述五价离子悬浊液中,用于形成五价离子悬浊液中金属阳离子的五价金属的氧化物的用量根据式(i)计算得到,硫酸溶液的用量根据式(ii)计算得到,

    10、n5价=c3价×v1÷2 式(i);

    11、v2=2×n5价×c酸根离子÷(c4价+c3价)÷vm 式(ii);

    12、其中,n5价为五价金属的氧化物的物质的量,v2为硫酸溶液的体积,vm为硫酸溶液的体积摩尔浓度。

    13、优选地,水的用量根据式(iii)计算得到,

    14、v3=[n5价÷(c4价+c3价)-v2]×a 式(iii);

    15、其中,v3为水的体积,a为比例系数,为0.6-0.8。

    16、更优选地,所述金属为钒金属,所述金属的三价阳离子为钒的三价阳离子,金属的四价阳离子为钒的四价阳离子,五价金属的氧化物为v2o5。

    17、进一步优选地,所述步骤s2还包括在所述混合结束后对混合液进行定容,使所述混合液体积为0.99[v1+n5价÷(c4价+c3价)]-1.01[v1+n5价÷(c4价+c3价)]。

    18、更优选地,在所述步骤s2中,所述混合的条件至少包括:搅拌速率为200-500r/min。

    19、优选地,在所述步骤s3中,修复阳极电解液和所述修复阴极电解液的体积比为1:2。

    20、进一步优选地,所述恒流电解的条件包括:电流密度为30-60ma/cm2。

    21、优选地,所述恒流电解在修复装置中进行,所述修复装置包括恒流电解仪器、阳极电解室、阴极电解室、分隔膜、阳极电极结构和阴极电极结构,所述阳极电极结构与所述阳极电解室连接,所述阴极电极结构与所述阴极电解室连接,所述阳极电极结构和所述阴极电极结构均与所述恒流电解仪器连接,所述分隔膜设置在所述阳极电极结构和所述阴极电极结构之间。

    22、进一步优选地,所述阳极电极结构和所述阴极电极结构各自独立地从内向外依次包括电极、集流板和端板,所述电极与所述分隔膜接触,所述恒流电解仪器与所述集流板连接。

    23、优选地,所述修复装置还包括数据采集系统和氮气供给结构,所述数据采集系统与所述恒流电解仪器连接,所述氮气供给结构与所述阴极电解室连接。

    24、优选地,所述阳极电极结构设置在所述阳极电解室外侧,所述阴极电极结构设置在所述阴极电解室外侧。

    25、优选地,所述电池端电压为所述阳极电极结构和所述阴极电极结构之间的电势差。

    26、优选地,步骤s3中得到的修复阴极电解液即为经修复后的电解液,

    27、在电池再次失衡时,将失衡电池的正极电解液和负极电解液混合,得到混合电解液iii;将步骤s3中得到的修复阳极电解液滴加入混合电解液iii中直至电解液呈亮蓝色,继续重复步骤s3即可再次修复失衡电解液;或者,

    28、在电池再次失衡时,重复所述步骤s1-s3即可再次修复失衡电解液。

    29、本发明第二方面提供一种失衡电池电解液修复终点的判断方法,包括:在将失衡电解液进行恒流电解的过程中,当电池端电压发生阶跃,且端电压一阶微分最大时,即为修复终点。

    30、通过上述技术方案,本发明将失衡电池的正极电解液和负极电解液混合,并混合有电解液中所含的金属阳离子的五价离子悬浊液,作为修复阳极电解液和修复阴极电解液进行恒流电解,当电池端电压发生阶跃,且端电压一阶微分最大时,即为修复终点,能够在对失衡电池电解液进行修复的同时快速准确地确定修复终点,减少修复误差,提高修复质量,进而提高失衡电池电解液的利用效率。

    31、此外,本发明提供的失衡电池电解液修复终点的判断方法,在恒流电解过程中,当电池端电压发生阶跃,且端电压一阶微分最大时,即为修复终点,准确率较高,有效降低修复误差,提高修复质量。



    技术特征:

    1.一种失衡电池电解液的修复方法,其特征在于,包括如下步骤:

    2.根据权利要求1所述的修复方法,其特征在于,在步骤s1中,确定所述混合电解液i的体积,并记为v1;确定所述混合电解液i中金属的三价阳离子的摩尔浓度、四价阳离子的摩尔浓度和硫酸根离子的摩尔浓度,其中,三价阳离子的摩尔浓度记为c3价,四价阳离子的摩尔浓度记为c4价,硫酸根离子的摩尔浓度记为c酸根离子。

    3.根据权利要求2所述的修复方法,其特征在于,在步骤s1中,配置五价离子悬浊液的方法包括:将用于形成五价离子悬浊液中金属阳离子的五价金属的氧化物、硫酸溶液和水混合;

    4.根据权利要求1至3中任意一项所述的修复方法,其特征在于,在所述步骤s3中,所述修复阳极电解液和所述修复阴极电解液的体积比为1:2;

    5.根据权利要求1至3中任意一项所述的修复方法,其特征在于,所述恒流电解在修复装置中进行,所述修复装置包括恒流电解仪器(2)、阳极电解室(3)、阴极电解室(4)、分隔膜(8)、阳极电极结构和阴极电极结构,所述阳极电极结构与所述阳极电解室(3)连接,所述阴极电极结构与所述阴极电解室(4)连接,所述阳极电极结构和所述阴极电极结构均与所述恒流电解仪器(2)连接,所述分隔膜(8)设置在所述阳极电极结构和所述阴极电极结构之间。

    6.根据权利要求5所述的修复方法,其特征在于,所述阳极电极结构和所述阴极电极结构各自独立地从内向外依次包括电极(7)、集流板(6)和端板(5),所述电极(7)与所述分隔膜(8)接触,所述恒流电解仪器(2)与所述集流板(6)连接;和/或,

    7.根据权利要求5所述的修复方法,其特征在于,所述修复装置还包括数据采集系统(1)和氮气供给结构(10),所述数据采集系统(1)与所述恒流电解仪器(2)连接,所述氮气供给结构(10)与所述阴极电解室(4)连接。

    8.根据权利要求5所述的修复方法,其特征在于,所述电池端电压为所述阳极电极结构和所述阴极电极结构之间的电势差。

    9.根据权利要求1至3中任意一项所述的修复方法,其特征在于,步骤s3中得到的修复阴极电解液即为经修复后的电解液;

    10.一种失衡电池电解液修复终点的判断方法,其特征在于,包括:在将失衡电解液进行恒流电解的过程中,当电池端电压发生阶跃,且端电压一阶微分最大时,即为修复终点。


    技术总结
    本发明涉及电解液修复,公开了一种失衡电池电解液的修复方法及其修复终点的判断方法。该修复方法包括:S1、将失衡电池的正极电解液和负极电解液混合,得到混合电解液I;配置所述混合电解液I中所含的金属阳离子的五价离子悬浊液;S2、将所述混合电解液I和所述五价离子悬浊液混合得到混合电解液II;S3、将所述混合电解液II分成两份,其中一份作为修复阳极电解液,另一份作为修复阴极电解液,进行恒流电解,当电池端电压发生阶跃,且端电压一阶微分最大时,即为修复终点。该修复方法修复效果较好,能够提高失衡电池电解液的利用效率。

    技术研发人员:郑年本,孙志强,许张楠,周天
    受保护的技术使用者:中南大学
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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