中國儲能網(wǎng)訊：全釩液流電池具有安全性高，使用壽命長，儲能容量可靈活配置，功率可調(diào)節(jié)，充放電次數(shù)超長等優(yōu)點，在大規(guī)模儲能上具有突出優(yōu)勢。全釩液流電池將具有高低價態(tài)的釩離子溶液分別作為正極和負極的活性物質(zhì), 分別儲存在各自的電解液儲罐中。當電池進行充、放電時, 正負極電解液在電極表面分別發(fā)生氧化和還原反應(yīng), 實現(xiàn)電池的充放電其電解液為單一釩元素各價態(tài)離子的電解質(zhì)溶液，正極電對為VO2+/VO2+，負極電對為V3+/V2+，可以避免不同元素離子通過離子交換膜滲透產(chǎn)生的交叉污染，電池循環(huán)次數(shù)高，使用壽命長。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還原法是利用還原劑（如硫單質(zhì)、醇等）將高價的釩氧化物或釩酸鹽還原，來制備電解液。電解法又可以進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通入電解池負極，通電后，負極發(fā)生還原反應(yīng)，得到等量的三價釩離子和四價釩離子，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進行氧化還原反應(yīng)，得到VO2+溶液，隨后通入負極再次電解得到等量的三價釩離子和四價釩離子。這兩種方法都具有高能耗和動力學過程緩慢的特點，因此研究者也不斷對釩電解液的制備流程及工藝進行優(yōu)化。目前已有報道的電解液制備優(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)體進行催化還原的方法，得到等量的三價釩離子和四價釩離子，具有各自的特點和優(yōu)勢。
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)性弱并且價格低廉的特點。制備高濃度釩硫酸電解液以增大電池能量密度對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，硫酸為最常見的支撐電解質(zhì)，而HCl/H2SO4混合支撐電解質(zhì)開發(fā)也相對成熟，已經(jīng)走向商業(yè)化應(yīng)用，穩(wěn)定電解液濃度可達到2.5 mol/L V。而其它支撐電解質(zhì)的研究仍然處于實驗室階段，如甲基磺酸水溶液、HCl/HBr混合溶液等。研究表明，通過調(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)進行運行，但也有可能帶來電解液黏度變化的不利影響，因此需要進行一定取舍。
此外，研究表明，可以通過加入添加劑提高釩電解液濃度和性能，添加劑按其作用機理分為分散型(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大，它的添加量與釩離子沒有固定的組成比，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)化仍然是未來很長一段時間內(nèi)全釩液流電池發(fā)展迭代過程中的重要課題，在技術(shù)的不斷更新迭代中，作為新型儲能手段的全釩液流電池也將具有更廣的應(yīng)用前景。
