СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЛИТА ДЛЯ ВАНАДИЕВЫХ РЕДОКС БАТАРЕЙ
METHOD OF PREPARING ELECTROLYTE FOR VANADIUM REDOX BATTERIES

Изобретение относится к области химических источников тока и может быть использовано как основной компонент для изготовления проточных накопителей энергии. Изобретение относится к способу изготовления ванадиевого электролита для ванадиевых проточных окислительно-восстановительных батарей (ВРБ). Техническим результатом изобретения является улучшение проводимости ванадиевого электролита и расширение температурного предела работоспособности батареи. Согласно изобретению предложен способ получения электролитов в ванадиевых редокс батареях, в которых используют растворы ванадиевых солей в смесях растворов серной и соляной кислот.
Настоящее изобретение относится к электрохимической технологии и, в частности, к кислотным электролитам, предназначенным для применения в химических источниках тока.
Развитие современной энергетики требует создания новых видов накопителей энергии, обладающих, прежде всего, высокой кулоновской эффективностью, продолжительным сроком службы, безопасностью и расширенным температурным диапазоном. Энергетические и эксплуатационные характеристики аккумуляторов определяются свойствами используемой электрохимической системы.
Для получения электролитов для ванадиевых редокс батарей существует несколько способов. Известны способы получения различных составов электролитов, описанные в патентах CN 102881933 В, CN 106299432 A, CN 101174705 А, RU 2251763 C2. Как правило, используют химические методы с растворами серной и соляной кислот. Однако рабочий температурный диапазон известных электролитов в области низких температур не достигает -40°С
В настоящем изобретении в качестве способа получения электролита для ванадиевых редокс батарей предложено использовать три различных этапа. На первом этапе приготавливается раствор ванадиевых солей в смесях растворов соляной и серной кислоты. Результатом первого этапа является раствор ванадиевых солей с валентностью ванадия (+4). На втором этапе электролит пропускается через электрохимическую ячейку с перфторированной протонпроводящей мембраной. При этом в результате электрохимической реакции на одном электроде происходит восстановление ванадия до валентности (+3), а на другом электроде - окисление до валентности (+5). Протонпроводящая мембрана обеспечивает отсутствие перемешивания растворов солей разной валентности между собой. Признаком окончания электрохимического этапа является получение электролита, в котором половина ионов ванадия окислена до валентности (+3), а половина до валентности (+4), условно можно такую смесь обозначить как валентность (+3,5). При этом, электролит, полученный на другом электроде с состоянием (+4,5) возвращается на первый этап изготовления. На третьем этапе происходит добавление в электролит (+3,5) аэросила с размером частиц не более 40 нм. Применение аэросила с такой дисперсностью частиц за счет своих физико-химических свойств существенно улучшает свойства электролита, что позволяет значительно понизить нижний температурный предел работоспособности ванадиевых редокс батарей и улучшить его проводимость.
Пример получения электролита.
Для приготовления электролита используют следующее соотношение компонентов, (в граммах на литр готового электролита):
пентаоксид ванадия - 136,5;
серная кислота - 254;
соляная кислота - 149,5;
щавелевая кислота - 2,5-3,5;
аэросил с размером частиц не более 40 нм - 1,4;
Порядок приготовления ванадиевого электролита: в деионизированную воду вводили необходимое количество серной кислоты при постоянном перемешивании. Пентаоксид ванадия и щавелевую кислоту вводили в мольных соотношениях 1:1 в электролит при температуре 75-80°С и при постоянном перемешивании. В  часть данного раствора добавляли необходимое количество соляной кислоты и перемещали в отрицательную ячейку энергогенерирующегося устройства, остаток электролита без добавления соляной кислоты перелили в положительную ячейку. Электрохимическое устройство состоит из двух емкостей с электролитами, электродного блока, где протекает электрохимическая реакция, который содержит два графитовых электрода и перфторированную протонпроводящую мембрану. Все данные фиксировал потенциостат. Далее подавали ток из расчета размеров электрода и объема электролита. В отрицательной ячейке получили ванадиевый электролит с валентностью 3,5. На последнем этапе добавили аэросил с размером частиц не более 40 нм в количестве 0,2 г/л.
Определяли проводимость электролита при температурном диапазоне от -40 до +60°С и сравнивали с зарубежными аналогами. Электролит в данном температурном диапазоне стабилен, проводимость повысилась на 20% во всем температурном диапазоне, температурный предел работоспособности расширился до -40°С.