全钒氧化还原液流电池文献综述 (1)

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1、全钒氧化还原液流电池通过阅读了一些关于全钒氧化还原液流电池的文献，我们实验小组对其做了一个总结。我们从六个方面介绍：一、全钒氧化还原液流电池的简述；二、电解液的制备方法；三、电解液的优化；四、全钒氧化还原液流电池氧化还原动力学；五、钒电池充电过程中的副反应；六、实验方法简介。一、全钒氧化还原液流电池的简述1.1组成及概述钒电池是单金属系统的氧化还原液流电池，它主要由电极、液流电解质、电池隔膜、储液槽、反应电堆等组成。不同价态的钒离子溶液分别作为正负极活性物质，通过外接泵把溶液从储液槽压入电池堆体内完成电化学反应之后，溶液又回到储液槽液态的活性物质不断循环流动。选择合适的电极材料，可以提高钒氧化

2、还原的电化学活性，最终实现钒电池能量效率的提高，钒电池电极材料有碳素类的如石墨、碳布、碳毡等，也有金属类的如Pb、Ti等，还有导电聚合物或者聚合物混合物复合电极，有时，还要对电极的表面进行处理，以提高其性能。适用于钒电池的隔膜必须是亲水性的，允许H+自由通过，但是又要求必须能抑制正负极电解液中不同价态的钒离子的相互混合，避免了电池内部短路。抑制了电池的自放电，从而延长了电池的寿命，这就要求选用具有良好导电性和选择性的离子交换膜。一般选用交换H+的阳离子交换膜，也有用Nafion膜的，但价格较贵。钒电池采用钒的不同价态离子溶液作为电解液其中混合有硫酸作为支持电解质，钒电池的正极物质为V5+溶液，

3、负极物质为V4+溶液，钒电池的溶液既是电极活性物质又是电解液，要求要能够长期稳定，存在并且要有好的化学活性，同时希望能尽量提高溶液的浓度以增加单位体积的储能能力。1.2优点1)电池的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的体积和浓度，在使用中可以通过调节电解液的量来随意调节电池的容量；2)在钒电池充放电期间电池内部只发生液相反应，不像普通电池那样有复杂的可引起电池电流中断或短路的固相反应，因此使用起来安全，性能可靠；3)电池的保存期无限，储存寿命长，因为钒电池的电解液是循环使用的，不存在变质问题，只是长期使用后，电池隔膜电阻有所增加；4)钒电池可实现真正意义上的

4、深放电，钒电池的电化学反应是液相反应，可100%充放循环而不会影响电池性能；5)钒电池电化学反应迅速，可快速充电及大电流密度放电；6)钒电池具有类似于燃料电池的结构特点，它的反应电堆与储存电解液的槽体是相独立的，可通过更换电解液来实现能量的瞬间补充。1.3工作原理钒属于VB族元素，其价电子结构为3d34s2，可形成+2、+3、+4、+5四种价态的化合物，这决定了钒的化学性质比较活跃，可形成邻价态电对，即V5+/V4+电对和V3+/V2+电对，且邻价电对电位差约为1.255V。酸性介质中钒的电位图：VO2+呈浅黄色，VO2+呈蓝色，V3+呈绿色，V2+呈紫色。全钒氧化还原电池若以VOSO4为两半

5、电池的电极活性材料则充电过程中电解分为两步完成，第一阶段在阳极区V4+被氧化成V5+,同时在阴极区V4+被还原成V3+第二阶段阳极半电池更换新鲜的V4+,并继续氧化为V5+,而阴极半电池中V3+被进一步还原成V2+。实际上，电解液含硫酸，而在强酸性环境中，五价钒以淡黄色的VO2+形式存在，四价钒以VO2+的形式存在具体反应方程如下：充电过程：正极：VO2++H2O→VO2++2H++e负极：V4++e→V3+V3++e→V2+放电过程：正极：VO2++2H++e→VO2++H2O负极：V2+→V3++e1.4分类分为静止型和流动型两种。1)静止型钒电池是指电池中的电解质溶液不流动，反应区就是储

6、存区，两半电池分别通入氮气，一方面可以起到搅拌作用，减少或消除浓差极化。另一方面，负极的V2+极易被空气中的氧气氧化通氮气形成惰性气氛，可以防止V2+被氧化，静止型钒电池存在两个关键不足：一是其中的电解质溶液为静止状态，很容易产生浓差极化；二是电池反应器中的电解质溶液容量有限因而其电能贮存量小。2)流动型钒电池是指电解质溶液在充放电过程中处于流动状态，流动型钒电池的优点在于电解质溶液在充放电过程中处于流动状态,可消除浓差极化。除电池反应器外，还附加有两个电解液储罐，这不但增加了电池的贮能容量，而且电解质溶液可按需要取走或更换，充电后的电解质溶液可保存备用，需放电时再用泵打入电池反应器即可，其缺

7、点是电解质溶液的流动需要有两个蠕动泵来带，耗费了部分电能消耗能量约占电池总能量的2%--3%。1.5应用1)、调峰电源系统：钒电池是当今世界上惟一已用于电站调峰的化学电源，能量转换效率高达85%以上，且成本低廉，维护简便。理论上可以做到充电，放电时间相等。2）、大规模光电转换系统、风能利用系统：可随意增加电池的储存容量；电池的容量和荷电状态极易监测；电池组的充放电电压可任意调节即使电压低至2伏也可