中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：全釩液流電池具有安全性高，使用壽命長(zhǎng)，儲(chǔ)能容量可靈活配置，功率可調(diào)節(jié)，充放電次數(shù)超長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在大規(guī)模儲(chǔ)能上具有突出優(yōu)勢(shì)。全釩液流電池將具有高低價(jià)態(tài)的釩離子溶液分別作為正極和負(fù)極的活性物質(zhì), 分別儲(chǔ)存在各自的電解液儲(chǔ)罐中。當(dāng)電池進(jìn)行充、放電時(shí), 正負(fù)極電解液在電極表面分別發(fā)生氧化和還原反應(yīng), 實(shí)現(xiàn)電池的充放電其電解液為單一釩元素各價(jià)態(tài)離子的電解質(zhì)溶液，正極電對(duì)為VO2+/VO2+，負(fù)極電對(duì)為V3+/V2+，可以避免不同元素離子通過(guò)離子交換膜滲透產(chǎn)生的交叉污染，電池循環(huán)次數(shù)高，使用壽命長(zhǎng)。目前，制備高穩(wěn)定性、高濃度和純度、溫度適應(yīng)范圍廣和成本低的電解液仍是全釩液流電池發(fā)展的重大課題。
釩電解液的制備方法可以分為物理溶解法、化學(xué)還原法以及電解法[1]。物理溶解法是直接將高純度的VOSO4固體溶于硫酸制得電解液?；瘜W(xué)還原法是利用還原劑（如硫單質(zhì)、醇等）將高價(jià)的釩氧化物或釩酸鹽還原，來(lái)制備電解液。電解法又可以進(jìn)一步分為直接電解和間接電解兩種方式。直接電解法是將溶解在硫酸中的V2O5通入電解池負(fù)極，通電后，負(fù)極發(fā)生還原反應(yīng)，得到等量的三價(jià)釩離子和四價(jià)釩離子，反應(yīng)原理如下[2]。而間接電解法則是利用具有還原性的物質(zhì)（如S單質(zhì)）與溶解在硫酸中的V2O5進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，得到VO2+溶液，隨后通入負(fù)極再次電解得到等量的三價(jià)釩離子和四價(jià)釩離子。這兩種方法都具有高能耗和動(dòng)力學(xué)過(guò)程緩慢的特點(diǎn)，因此研究者也不斷對(duì)釩電解液的制備流程及工藝進(jìn)行優(yōu)化。目前已有報(bào)道的電解液制備優(yōu)化包括將釩前驅(qū)體改用高純度VOCl3直接電解的方式以及采用VOSO4作為前驅(qū)體進(jìn)行催化還原的方法，得到等量的三價(jià)釩離子和四價(jià)釩離子，具有各自的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。
釩電解液由釩電解質(zhì)和酸支撐電解質(zhì)組成，目前硫酸為最常見(jiàn)的支撐電解質(zhì)。釩電解液將硫酸作為支撐溶液，主要是硫酸具有穩(wěn)定性好、揮發(fā)性弱并且價(jià)格低廉的特點(diǎn)。制備高濃度釩硫酸電解液以增大電池能量密度對(duì)全釩液流電池的商業(yè)化應(yīng)用具有重要作用，也是目前研究的熱門(mén)方向。改變支撐電解質(zhì)結(jié)構(gòu)與比例也是提高釩電解質(zhì)的濃度的重要研究方向。目前，硫酸為最常見(jiàn)的支撐電解質(zhì)，而HCl/H2SO4混合支撐電解質(zhì)開(kāi)發(fā)也相對(duì)成熟，已經(jīng)走向商業(yè)化應(yīng)用，穩(wěn)定電解液濃度可達(dá)到2.5 mol/L V。而其它支撐電解質(zhì)的研究仍然處于實(shí)驗(yàn)室階段，如甲基磺酸水溶液、HCl/HBr混合溶液等。研究表明，通過(guò)調(diào)節(jié)硫酸與釩離子的濃度比例可以改善釩電解液的熱穩(wěn)定性，使得電解液能夠在較寬的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行運(yùn)行，但也有可能帶來(lái)電解液黏度變化的不利影響，因此需要進(jìn)行一定取舍。
此外，研究表明，可以通過(guò)加入添加劑提高釩電解液濃度和性能，添加劑按其作用機(jī)理分為分散型(dispersion)、絡(luò)合型(complexing)和閾值型(threshold)。分散型添加劑主要是一些低分子聚合物，可以與電解質(zhì)中釩離子沉淀形成的核膠狀顆粒帶相反的電荷，從而能夠阻止核顆粒長(zhǎng)大，如木質(zhì)素、聚氨基苯磺酸等。絡(luò)合型添加劑是一些有機(jī)配位體，與釩離子配位以降低釩離子的沉淀活度，提高電解液的穩(wěn)定性，如EDTA、8-羥基喹啉等。閾值型添加劑可以吸附到沉淀顆粒的表面阻止沉淀核長(zhǎng)大，它的添加量與釩離子沒(méi)有固定的組成比，如焦磷酸、六偏磷酸鈉等[3]。
總而言之，釩電解液的高效低能耗制備及性能的不斷優(yōu)化仍然是未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)全釩液流電池發(fā)展迭代過(guò)程中的重要課題，在技術(shù)的不斷更新迭代中，作為新型儲(chǔ)能手段的全釩液流電池也將具有更廣的應(yīng)用前景。
