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全钒液流电池电极研究进展苏秀丽;杨霖霖;周禹;林友斌;余姝媛【摘要】本文介绍了钒液流电池电极材料的研究现状.详细介绍了电极种类、电极材料的改性途径、改性效果,并对电极的老化机制进行了分析.全钒液流电池(VFB)电极材料改性的方法主要包括增加电极催化活性和增大电极电化学反应面积两种方式.通过对电极进行热处理、酸处理,可以改变电极表面结构,提高电极催化活性,从而提高电极反应可逆性.通过在电极表面生长碳纳米管或者负载石墨烯、氧化铱等而制备的复合电极材料,以及采用天然废弃物制备的多孔碳电极,可以达到同时提高电极表面催化活性和增大电极电化学反应面积的效果.还可以通过制备电极和双极板复合一体化电极,降低电池的接触电阻,减小电池极化.而电极的化学降解及电化学降解对于电极的寿命会产生影响,而且对电池负极的影响比正极更加明显.最后,总结了VFB电极材料的现状并展望了未来研究发展的方向.【期刊名称】《储能科学与技术》【年(卷),期】2019(008)001【总页数】10页(P65-74)【关键词】全钒液流电池;储能;电极材料;石墨毡【作者】苏秀丽;杨霖霖;周禹;林友斌;余姝媛【作者单位】上海电气集团股份有限公司中央研究院,上海200070;上海电气集团股份有限公司中央研究院,上海200070;上海电气集团股份有限公司中央研究院,上海200070;上海电气集团股份有限公司中央研究院,上海200070;上海电气集团股份有限公司中央研究院,上海200070【正文语种】中文【中图分类】TK02全钒液流电池（VFB）作为大型电化学储能技术，自问世以来，在可再生能源发电领域备受关注[1-4]。
将储能技术应用于可再生能源发电，可有效解决再生能源发电存在的间歇性和并网困难等问题。
全钒液流电池采用水系电解液，因此表现出优越的安全性[5]，而且正负极之间也不存在元素的交叉污染[6]。
全钒液流电池的循环寿命高达10000次以上，其使用寿命不低于10年[7]。
第44卷第1期 2019年2月广 州 化 学 Guangzhou ChemistryV ol. 44 No. 1 Feb. 2019文章编号：1009-220X(2019)01-0023-07 DOI: 10.16560/ki.gzhx.20190110全钒液流电池中四价钒单壳层水合离子[VO(H 2O)5]2+形成过程的理论研究张 凯1， 胡永清4， 王志安3， 刘俊杰1， 邹 亚2*， 吴雄伟1,3,4*（1. 湖南农业大学 理学院，湖南 长沙 410128；2. 湖南农业大学 工学院，湖南 长沙 410128； 3. 中南大学 化学化工学院，湖南 长沙 410083；4. 湖南省银峰新能源有限公司，湖南 长沙 410000） 摘 要：使用密度泛函理论计算，结合表面定量分子静电势分析，对全钒液流电池电解液中四价钒离子的水合离子形成过程进行了研究。
结果表明结合5个水分子后形成的[VO(H 2O)5]2+结构，表面静电势极大值点仅出现在水分子的H 原子附近，说明[VO(H 2O)5]2+结构即为四价钒离子的水合离子单壳层结构，与实验结果很好的吻合。
所采用的理论计算方法有望应用于全钒液流电池电解液中其他价态钒离子组分的研究。
关键词：密度泛函理论；全钒液流电池；四价钒离子 中图分类号：O641 文献标识码：A随着能源与环境之间的矛盾日益凸显，世界各国采取各种措施发展绿色可再生能源，如风能、太阳能等[1-3]。
但由于这些可再生能源在应用过程中具有不连续性和不稳定性的缺点，因此大规模蓄电储能装置及其相关技术的研发成为可再生能源成功应用的关键[4-6]。
目前，全钒液流电池因为其寿命长、可深度放电、操作简单和容易维护的特点，在风力发电、太阳能发电等大规模可再生能源发电的储能系统以及电厂调峰平衡负荷等领域得到了广泛的应用[7-9]。
全钒液流电池详细工作原理见图1所示。
图1 钒氧化还原液流电池工作示意图收稿日期：2018-12-01作者简介：张 凯（1994~），男，甘肃金昌人，硕士研究生；主要从事全钒液流电池隔膜材料的研究。
第25卷第7期2013年7月化 学 进 展PROGRESS IN CHEMISTRYVol.25No.7 Jul.,2013 收稿:2012年11月,收修改稿:2012年12月 ∗高等学校博士学科点专项科研基金项目(No.20110181110003)、四川省科技厅科技支撑项目(No.2013FZ0034)、成都市科技局攻关计划项目(No.10GGYB380GX⁃023,10GGYB828GX⁃023)和中物院⁃川大联合创新基金项目(No.XTCX2011001)资助∗∗Corresponding author e⁃mail:rlwang26@全钒氧化还原液流电池电解液∗王 刚1 陈金伟1 汪雪芹1 田 晶1 刘效疆2 王瑞林1∗∗(1.四川大学材料科学与工程学院 成都610065;2.中国工程物理研究院电子工程研究所 绵阳621900)摘 要 近年来,全钒氧化还原液流电池(VRFB )作为一种新型的储能电池备受关注。
作为VRFB 的核心材料,电解液的制备及优化一直都是研究的热点。
高浓度和高稳定性电解液的制备是钒电池的关键技术之一。
电解液性能的提高有助于加速VRFB 的商业化进程。
本文综述了VRFB 电解液的研究进展,重点介绍了电解液的制备方法和影响电解液稳定性的因素,简述了电解液中钒离子浓度的分析方法和钒离子的存在形式,最后对电解液的进一步研究和应用前景进行了展望。
关键词 全钒氧化还原液流电池 电解液 制备 浓度分析 稳定性 钒离子存在形式中图分类号:O646;O614.51+1 文献标识码:A 文章编号:1005⁃281X(2013)07⁃1102⁃11Electrolyte for All⁃Vanadium Redox Flow BatteryWang Gang 1 Chen Jinwei 1 Wang Xueqin 1 Tian Jing 1 Liu Xiaojiang 2 Wang Ruilin 1∗∗(1.College of Materials Science and Engineering,Sichuan University,Chengdu 610065,China;2.Institute of Electronics Engineering,China Academy of Engineering Physics,Mianyang 621900,China)Abstract In recent years,all⁃vanadium redox flow battery (VRFB)has been paid much attention as a newtype of battery for energy storage.Researchers have been focusing much on production and optimization of vanadium electrolyte solutions used for the key materials in VRFB.Production of high concentration and stability electrolyte is one of key technologies referring to mercialization process can be accelerated with the performance improvement of vanadium electrolyte solutions.The research progress in VRFB electrolyte solutions is summarized in this paper.The preparation methods and influence factors of stability on vanadium electrolyte solutions are mainly introduced,and concentration analysis methods and existence forms of vanadium ions in vanadium electrolyte solutions are also discussed.Moreover,further research and prospects on vanadium electrolyte solutions are presented.Key words all⁃vanadium redox flow battery;electrolyte solutions;sythesis methods;concentration analysis;stability;existence forms of vanadium ionsContents1 Introduction2 Production of vanadium electrolyte solutions2.1 Chemical synthesis methods2.2 Electrolytic synthesis methods3 Concentration analysis of vanadium electrolytesolutions第7期王 刚等 全钒氧化还原液流电池电解液·1103 ·4 Research on stability of vanadium ions in vanadium electrolyte solutions4.1 Supporting electrolyte solutions4.2 Temperature4.3 Additives5 Research on existence forms of vanadium ions in vanadium electrolyte solutions6 Outlook1 引言全钒氧化还原液流电池(简称钒电池或VRFB),是一种以不同价态的钒离子溶液为正负极活性物质的新型高效环保储能电池。
全钒液流电池电极材料的研究全钒液流电池是一种以全钒作为电池电极材料的可再充电电池。
与传统的锂离子电池相比，全钒液流电池具有可再生性强、长寿命、高能量密度、高安全性等优点，被广泛研究和应用于储能领域。
在全钒液流电池中，正负极材料的研究对电池性能具有重要影响。
全钒液流电池的电极材料主要分为正负极材料。
正极材料一般采用过氧化钒(V)（V5+），而负极材料则采用三价钒(III)或四价钒(IV)。
正极材料的选择主要考虑其电化学活性、稳定性、导电性等因素。
过氧化钒(V)具有较高的能量密度和较好的可逆性能，适合用作正极材料。
然而，过氧化钒(V)存在着较低的电导率和较高的电化学活性，容易发生自腐蚀现象，因此需要通过合成改进其电化学性能。
过氧化钒(V)的合成方法多种多样，目前常用的合成方法包括溶液法、气相法、固相法等。
其中，溶液法是较为常见的方法之一、在溶液法中，可以通过调节反应物的浓度、温度、pH值等条件来控制过氧化钒(V)的形貌和晶体结构。
研究表明，以钒(V)盐酸溶液为原料，在一定的pH和温度条件下进行氧化反应，可以得到具有较好电化学性能的过氧化钒(V)。
负极材料是全钒液流电池中的另一个关键组成部分。
负极材料需具有较好的电化学活性、高反应活性、长寿命等特点。
三价钒(III)和四价钒(IV)是常用的负极材料。
三价钒(III)主要以钒(III)盐的形式存在，具有较好的电化学活性和反应性能，但存在容量衰减的问题。
四价钒(IV)通过在材料中引入一定量的钒(IV)离子，可以提高材料的循环稳定性和容量保持率，但其电化学活性相对较低。
因此，钒电池负极材料的研究主要集中在改善电化学活性、控制过程和提高充放电性能等方面。
为了提高钒电池的电化学性能，一些研究还探索了钒多元氧化物和复合材料。
例如，研究人员尝试将过氧化钒(V)与其他金属氧化物混合，以提高钒液流电池的能量密度和循环稳定性。
目前已有研究表明，以过氧化钒(V)和磷酸铁锂/磷酸钠复合材料制备的正极材料在钒液流电池中具有良好的电化学性能，实现了高容量和长寿命的同时。
全钒液流电池关键技术进展与发展趋势1. 引言1.1 背景全钒液流电池是一种充放电过程中利用全钒离子在阳极和阴极之间迁移的电化学装置。
由于其高能量密度、长寿命和高安全性等特点，全钒液流电池近年来备受关注，并在储能领域得到广泛应用。
1.2 目的本文旨在通过对全钒液流电池的关键技术进展与发展趋势进行探讨，全面、详细、完整地了解该技术在能源储存领域的前景。
2. 全钒液流电池的关键技术2.1 电解液的优化2.1.1 电解液组成全钒液流电池的电解液由含有钒离子的阳极和阴极溶液组成。
目前，研究人员正致力于寻找更稳定、更高效的电解液组成方案。
2.1.2 电解液浓度电解液的浓度是影响全钒液流电池性能的重要因素。
过高或过低的浓度都会导致电池的性能下降。
2.2 电极材料的改进2.2.1 阳极材料当前最常用的全钒液流电池阳极材料为碳材料，但其能量密度相对较低。
因此，研究人员正在开发新型阳极材料，以提高电池的性能。
2.2.2 阴极材料目前广泛使用的全钒液流电池阴极材料是过氧化氢，但其价格较高。
相比之下，钛酸钠是一种廉价且具有潜力的替代材料。
2.3 堆叠方式的优化2.3.1 单电池堆叠单电池堆叠是将多个全钒液流电池串联起来，以提高储能系统的电压。
2.3.2 堆叠方式选择在堆叠方式选择方面，既要考虑电压平衡，又要考虑系统的稳定性和安全性。
3. 全钒液流电池的发展趋势3.1 尺寸与成本的降低随着技术的进步，全钒液流电池的制造成本将逐渐降低，使得其在更多领域中得以应用。
同时，通过改进设计，可以实现电池尺寸的缩小，提高储能系统的灵活性。
3.2 高能量密度的实现通过电解液的优化和电极材料的改进，全钒液流电池有望实现更高的能量密度，从而进一步提高其应用价值。
3.3 循环寿命的延长全钒液流电池的循环寿命是影响其商业化应用的一个关键因素。
当前的研究主要集中在延长电池的循环寿命，以提高其可靠性和经济性。
3.4 安全性的提升全钒液流电池的安全性问题一直是研究人员关注的焦点。
全钒液流电池研究报告
全钒液流电池研究报告分析如下：
全钒液流电池研究报告全钒液流电池是一种以钒为活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池。
钒电池电能以化学能的方式存储在不同价态钒离子的硫酸电解液中，通过外接泵把电解液压入电池堆体内，在机械动力作用下，使其在不同的储液罐和半电池的闭合回路中循环流动，采用质子交换膜作为电池组的隔膜，电解质溶液平行流过电极表面并发生电化学反应，通过双电极板收集和传导电流，从而使得储存在溶液中的化学能转换成电能。
全钒液流电池关键技术进展与发展趋势全钒液流电池是一种具有很高应用价值的可再生能源储存技术，其具有良好的环保性、安全性和可逆性，逐渐受到了广泛的关注。
本文将就全钒液流电池的关键技术进展及发展趋势进行探讨。
一、全钒液流电池的关键技术进展1、钒电极材料的研究作为全钒液流电池中最重要的材料之一，钒是一种具有较好的可再生性和丰富资源的金属元素。
钒电极材料的性能直接影响到全钒液流电池的性能，因此钒电极材料的研究一直是全钒液流电池研究的重点。
现有的钒电极材料主要包括钒扁平板、钒纳米棒、钒基合金等。
研究表明，相较于传统的光滑的钒平板电极，钒纳米棒电极具有更好的电化学性能和更高的储能效率。
2、膜分离技术全钒液流电池是一种双燃料电池，由于正负电极电化学反应会产生氢氧离子和氯离子，因此需要使用膜分离技术分离正负离子，以减小电池中的混合反应。
目前已有不少的膜分离技术可用于全钒液流电池中，例如Nafion 膜、FAP 膜、PVA 膜等。
这些膜具有很好的化学稳定性、电化学性能和耐久性。
3、电解液的研究全钒液流电池的电解液主要由氢氟酸、硫酸铁和硫酸钒组成，该电解液具有高浓度、强酸和高温等特点。
为了提高电池的稳定性和使用寿命，研究者已做了大量的电解液研究工作。
例如，使用 HClO4 替代HF 可以有利于降低电解液的粘度，降低电池内阻，提高电池的储能效率。
二、全钒液流电池的发展趋势1、环保性和可持续性作为一种可再生能源储存技术，全钒液流电池具有很好的环保性和可持续性。
未来，随着全球对环境保护的要求逐渐提高，全钒液流电池将会更受重视。
2、大规模应用目前全钒液流电池已广泛应用于微电网、风电、光伏和储能站等领域，未来将会朝着更大的规模和更广泛的应用方向发展。
3、电化学性能的提高近年来，不断有新的材料和技术被应用于全钒液流电池中，例如多孔材料、纳米材料、复合材料等，这些材料的应用将有助于提高电池的功率密度、储能密度和循环寿命等。
4、成本的降低全钒液流电池的成本是目前其应用范围受限的主要障碍之一。
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011041624.X(22)申请日 2020.09.28(71)申请人 浙江倪阮新材料有限公司地址 311404 浙江省杭州市富阳区洞桥镇贤德村叶家(72)发明人 孟祥伟 (74)专利代理机构 杭州研基专利代理事务所(普通合伙) 33389代理人 祁文鹏(51)Int.Cl.D06M 11/47(2006.01)D06M 15/37(2006.01)H01M 4/88(2006.01)H01M 4/96(2006.01)H01M 8/18(2006.01)D06M 101/40(2006.01)(54)发明名称一种全钒电池改性碳毡电极材料的制备方法(57)摘要本发明公开了一种全钒电池改性碳毡电极材料的制备方法，包括将聚丙烯腈基石墨毡在无水乙醇溶液和去离子水中分别超声，然后放置在马弗炉当中干燥，然后升温至一定温度，在空气条件下热处理，浸泡在三氧化二铋(Bi 2O 3)溶液中，捞出后放置在烘箱当中，在空气条件下加热干燥，然后再浸泡在多巴胺溶液当中，加入缓冲剂，使多巴胺开始聚合，搅拌反应一段时间后，用去离子水洗涤，放置在管式炉中，在氮气氛围下，烧培炭化，得到改性碳毡电极。
该碳毡电极材料具有优异的电化学性能和电导率。
权利要求书1页 说明书4页 附图1页CN 112160156 A 2021.01.01C N 112160156A1.一种全钒电池改性碳毡电极材料的制备方法，碳毡电极材料为聚丙烯腈基石墨毡，其特征在于，所述碳毡电极材料首先在高温环境下对聚丙烯腈基石墨毡进行预处理，然后通过三氧化二铋以及多巴胺和缓冲剂对预处理后的聚丙烯腈基石墨毡进行改性，烧培，得到改性碳毡电极材料。
2.根据权利要求1所述的一种全钒电池改性碳毡电极材料的制备方法，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：S1：将聚丙烯腈基石墨毡在无水乙醇溶液和去离子水中分别超声30min，然后放置在马弗炉当中在120℃的空气条件下干燥4h，然后以升温速率为2℃/min，升至500～600℃，在空气条件下热处理6h；S2：将步骤S1得到的浸泡在三氧化二铋(Bi 2O 3)溶液中10～20h，然后将其捞出后放置在烘箱当中，在90～120℃空气条件下加热干燥4～12h，得到掺杂碳毡；S3：将多巴胺溶解于去离子水中，然后将步骤S2的掺杂碳毡浸泡在多巴胺溶液当中，在真空、室温环境下浸泡4～6h，然后加入60～80μL的缓冲剂，使多巴胺开始聚合，搅拌反应5h 后，用去离子水洗涤，然后放置在管式炉中，在氮气氛围下，600～900℃烧培炭化2～6h，得到改性碳毡电极。
专利名称：一种全钒液流电池用多孔隔膜及其制备方法和用途专利类型：发明专利
发明人：吴雄伟,曾宪祥,周鹏晟,邓奇,焦海稳,胡永清,吴雪文,王治安
申请号：CN201810162842.5
申请日：20180227
公开号：CN110197911A
公开日：
20190903
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种全钒液流电池用多孔隔膜及其制备方法和用途，其是以聚合物多孔膜为基膜，在聚合物多孔膜的孔内引入凝胶溶液，该凝胶溶液中的凝胶物在聚合物多孔膜的孔道内发生水解反应，形成杂多酸包覆的纳米粒子；所述多孔隔膜应用于全钒液流电池中，通过在聚合物多孔膜的孔道内引入杂多酸包覆的纳米粒子，使有效的孔径减小，显著提高了所述全钒液流电池用多孔隔膜的离子选择性。
同时，具有高离子传导性的杂多酸可以有效降低了孔径减小对全钒液流电池用多孔隔膜离子传导性能的影响。
所述多孔隔膜的制备原料成本低廉，化学稳定性优良，且聚合物多孔膜的制备工艺简单，孔径可控，容易大规模生产。
申请人：湖南省银峰新能源有限公司
地址：410000 湖南省长沙市宁乡高新技术产业园区泉洲北路066号
国籍：CN
代理机构：北京知元同创知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：刘元霞
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