失衡电池电解液的修复方法

本发明涉及电解液修复，具体涉及一种失衡电池电解液的修复方法。

背景技术：

1、全钒液流电池(vrfb)电解液中活性物质的单一化，能够有效规避液流电池正负极电解液相互迁移而造成的元素交叉污染问题；而且，全钒液流电池因为电解液与电解液反应场所(即电极)相互分离，具有优越的安全性，是一种寄予厚望的大规模储能方式。然而，全钒液流电池所用的离子交换膜无法保证h+通过的同时完全阻隔钒的渗透，不同价态钒离子携带结合水数目不同，在质子交换膜中扩散速率不同，势必导致全钒液流电池电解液体积、浓度、价态失衡，其直观表现就是电池容量衰减，而对于失衡电解液的容量恢复是影响全钒液流电池能否规模化应用的瓶颈技术之一。

2、目前，针对失衡电解液的再平衡研究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均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，但实际运行过程中，电解液的氧化失衡和还原失衡也会导致电池的容量损失。

3、现有技术中虽然也给出了一些修复方法，但是存在修复工艺复杂、修复效果不理想的问题。因此，亟需提供一种失衡电池电解液的修复方法。

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失衡电解液修复工艺复杂、修复效果不理想的问题，提供一种失衡电池电解液的修复方法，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，本发明提供一种失衡电池电解液的修复方法，包括如下步骤：

3、(1)将失衡电池的阳极电解液和阴极电解液混合，得到混合电解液i；

4、配置所述混合电解液i中所含的金属阳离子的5价离子电解液；

5、(2)将所述5价离子电解液和所述混合电解液i混合得到电解液ii，所述5价离子电解液的用量使得所述电解液ii的电位发生阶跃，且电位一阶微分最大；

6、(3)将所述电解液ii分为两份，其中一份电解液ii作为阴极电解液，将酸溶液作为阳极电解液，进行恒流电解，得到电解液iii；

7、(4)将氧化性气体通入到所述电解液iii中以将所述电解液iii中所含的金属2价阳离子氧化为3价阳离子得到电解液iv；将另一份电解液ii与所述电解液iv以相同体积混合。

8、优选地，在所述步骤(1)中，确定所述混合电解液i中金属阳离子的总摩尔浓度为c总阳离子，酸根离子的摩尔浓度记为c酸根离子。

9、优选地，在所述5价离子电解液中，金属的5价阳离子的摩尔浓度与所述混合电解液i中金属阳离子的总摩尔浓度相同，酸根离子的摩尔浓度与所述混合电解液i中酸根离子的摩尔浓度相同。

10、优选地，所述酸为硫酸，所述金属为钒金属，所述金属的5价阳离子为钒的5价阳离子，所述金属的2价阳离子为钒的2价阳离子，所述金属的3价阳离子为钒的3价阳离子。

11、优选地，在所述步骤(2)中，所述5价离子电解液和所述混合电解液i混合的过程包括：将所述5价离子电解液逐滴滴入所述混合电解液i中。

12、优选地，在所述步骤(2)中，所述混合的条件至少包括：转速为100-800rpm。

13、优选地，在所述步骤(2)中，采用电位测量装置测量所述电解液ii的电位，在测量过程中采用的参比电极为饱和氯化钾电极，工作电极为铂电极。

14、优选地，在所述步骤(3)中，所述酸溶液中酸根离子的摩尔浓度与所述混合电解液i中酸根离子的摩尔浓度相同。

15、优选地，所述恒流电解的条件至少包括：电流密度为20-60ma/cm2，电解时间根据式(i)计算得到；

16、t＝aznf/i 式(i)；

17、其中，t为电解时间，z为反应得失电子数，f为法拉第常数，n为金属的4价阳离子的物质的量，i为电流，a为比例系数，为1.1-1.5。

18、优选地，在所述步骤(3)中，所述阴极电解液与所述阳极电解液的体积比为1:1-1.5。

19、优选地，在所述步骤(4)中所述氧化性气体为空气或氧气。

20、通过上述技术方案，本发明将失衡电池的阳极电解液和阴极电解液混合得到混合电解液i，将混合电解液i与有混合电解液i中所含金属阳离子的5价离子电解液混合得到电解液ii，当电解液ii的电位发生阶跃且电位一阶微分最大时电解液ii为金属阳离子的纯4价离子电解液，该方法能够快速准确地确定金属阳离子的4价离子电解液的修复终点，能够减少修复误差，提高修复质量，进而提高失衡电池电解液的利用效率。而且，将部分电解液ii处理为金属阳离子的3价离子电解液，即为电解液iv，将电解液iv和另外部分电解液ii以相同体积混合得到金属阳离子的3.5价离子电解液，工艺简单且电解液的质量高。

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，在所述步骤(1)中，确定所述混合电解液i中金属阳离子的总摩尔浓度为c总阳离子，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，在所述5价离子电解液中，金属的5价阳离子的摩尔浓度与所述混合电解液i中金属阳离子的总摩尔浓度相同，酸根离子的摩尔浓度与所述混合电解液i中酸根离子的摩尔浓度相同。

4.根据权利要求3所述的修复方法，其特征在于，所述酸为硫酸，所述金属为钒金属，所述金属的5价阳离子为钒的5价阳离子，所述金属的2价阳离子为钒的2价阳离子，所述金属的3价阳离子为钒的3价阳离子。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的修复方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，所述5价离子电解液和所述混合电解液i混合的过程包括：将所述5价离子电解液逐滴滴入所述混合电解液i中；

6.根据权利要求5所述的修复方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，采用电位测量装置测量所述电解液ii的电位，在测量过程中采用的参比电极为饱和氯化钾电极，工作电极为铂电极。

7.根据权利要求2至4中任意一项所述的修复方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，所述酸溶液中酸根离子的摩尔浓度与所述混合电解液i中酸根离子的摩尔浓度相同。

8.根据权利要求7所述的修复方法，其特征在于，所述恒流电解的条件至少包括：电流密度为20-60ma/cm2，电解时间根据式(i)计算得到，

9.根据权利要求7所述的修复方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，所述阴极电解液与所述阳极电解液的体积比为1:1-1.5。

10.根据权利要求1至4中任意一项所述的修复方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，所述氧化性气体为空气或氧气。

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。包括：将失衡电池的阳极电解液和阴极电解液混合，得到混合电解液I；配置混合电解液I中金属阳离子的5价离子电解液；将5价离子电解液和混合电解液I混合得到电解液II，5价离子电解液的用量使得电解液II的电位发生阶跃，且电位一阶微分最大；将电解液II分为两份，其中一份作为阴极电解液，将酸溶液作为阳极电解液，进行恒流电解，得到电解液III；将氧化性气体通入到电解液III中以将金属2价阳离子氧化为3价阳离子得到电解液IV；将另一份与电解液IV以相同体积混合。该修复方法修复效果好，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：2024/12/2