Способ приготовления электролита для ванадиевых редокс батарей

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при производстве ванадиевых электролитов для ванадиевых проточных окислительно-восстановительных редокс батарей (ВРБ). Техническим результатом изобретения является улучшение проводимости ванадиевого электролита на 20% по сравнению с другими электролитами и расширение температурного предела работоспособности ВРБ до -40°С. В качестве электролитов в ванадиевых батареях предложено использовать растворы ванадиевых солей в смесях растворов серной и соляной кислот с добавкой аэросила (диоксида кремния) с размером частиц до 40 нм. Изготовление электролита происходит в 3 этапа: химический этап - растворение пентаоксида ванадия в смеси кислот; электрохимический этап - использование электрохимического устройства, состоящего из двух или более графитовых электродов, разделенных между собой перфторированной протонпроводящей мембраной, для получения ванадиевого электролита с валентностью (+3,5); этап доводки электролита путем добавления аэросила с размером частиц не более 40 нм. 2 з.п. ф-лы, 1 пр.

 

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.

1. Способ приготовления ванадиевого раствора электролита, предназначенного для проточных окислительно-восстановительных батарей, включающий химический этап, электрохимический этап с получением ванадиевого электролита с валентностью +3,5, а также этап доводки электролита, отличающийся тем, что на первом этапе в деионизированную воду вводят при постоянном перемешивании необходимое количество серной кислоты, пентаоксид ванадия и щавелевую кислоту в мольных соотношениях 1:1, при температуре 75-80°С, после чего в часть раствора добавляют соляную кислоту и помещают в отрицательную ячейку, а другую часть раствора помещают в положительную ячейку электрохимического устройства для проведения электрохимического этапа, после чего на последнем этапе приготовления электролита в него добавляют аэросил (диоксид кремния) с размером частиц не более 40 нм в количестве 0,01-1,4 г/л.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что электрохимическое устройство состоит из двух или более графитовых электродов, разделенных между собой перфторированной протонпроводящей мембраной.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при приготовлении электролита используются следующие компоненты, г/л:

пентаоксид ванадия 100-150
серная кислота 200-300
соляная кислота 100-200
щавелевая кислота 2-4
аэросил А-380 0,01-1,4



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к обучающему оборудованию в области энергетики и электрохимии и может быть использовано как наглядно-методическое пособие для проведения лабораторно-практических занятий в образовательных учреждениях при изучении курса химии, электрохимии и альтернативной энергетики.

Изобретение относится к областям энергетики и химической технологии, в частности к системе и способу получения 3,5-валентного ванадиевого электролита высокой чистоты.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к системе и способу для получения электролита высокой активности со специальной валентностью для полностью ванадиевого проточного редокс-аккумулятора.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к системе и способу получения ванадиевого электролита высокой чистоты, который затем используется в проточном редокс-аккумуляторе.

Изобретение относится к системе и способу получения ванадиевого электролита высокой чистоты и высокой активности. Согласно изобретению система и способ получения ванадиевого электролита включает преобразование высокочистого окситрихлорида ванадия в соль аммония в псевдоожиженном слое (2) путем аммонизации газовой фазы, восстановление соли аммония в оксиде ванадия низкой валентности со средней валентностью ванадия 3,5 в другом псевдоожиженном слое (3), добавление чистой воды и серной кислоты для растворения и последующую активацию ультразвуком для получения ванадиевого электролита с валентностью 3,5, который можно непосредственно использовать в новой полностью ванадиевой проточной редокс-аккумуляторной батарее.

Изобретение относится к областям получения энергии и химической технологии, в частности к системе и способу получения электролита высокой чистоты для ванадиевого аккумулятора.

Изобретение относится к электрохимической ячейке, содержащей первую желатинизированную ионную жидкую пленку в контакте с первой электропроводящей поверхностью и вторую желатинизированную ионную жидкую пленку в контакте со второй электропроводящей поверхностью.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к окислительно-восстановительному элементу с проточным электролитом с высокомолекулярными соединениями в качестве окислительно-восстановительной пары и полупроницаемой мембраной для аккумулирования электрической энергии.

Изобретение относится к электрохимическим системам аккумулирования и генерирования энергии, в частности к проточной батарее с разрядной системой, системой регенерации и составу окислительной жидкости.

Изобретение относится к области судостроения. .

Изобретение относится к системам криогенного хранения и подачи реагентов (СКХР), а именно к системам криогенного хранения и подачи жидкого водорода и жидкого кислорода на подводных лодках и подводных аппаратах (ПА) с энергетическими установками на базе электрохимических генераторов.

Изобретение относится к области водородной энергетики и предназначено для использования в источниках энергии на водородных топливных элементах. Способ включает использование гидрида магния в качестве металлогидридного топлива, просеивание и измельчение металлогидридного топлива, уплотнение засыпки металлогидридного топлива в химическом картридже, прогрев засыпки металлогидридного топлива и проведение реакции металлогидридного топлива с водяным паром.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ управления химическим источником водорода на основе гидрида магния включает в себя следующие действия: прогревают зону образования водорода до заранее заданной начальной температуры 90-170°С; определяют начальное значение расхода воды; подают воду в зону образования водорода в соответствии с начальным значением расхода воды; измеряют параметр, характеризующий образование водорода; если значение этого параметра выше первого заранее заданного значения, уменьшают подачу воды в зону образования водорода, если значение этого параметра ниже второго заранее заданного значения, увеличивают подачу воды в зону образования водорода.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к энергоустановкам на основе топливных элементов (ТОТЭ) для выработки электроэнергии из углеводородного топлива и предназначенных для электропитания автономных потребителей.

Изобретение относится к системе на основе топливных элементов и устройству управления. Система на основе топливных элементов включает в себя блок регулирования давления, который располагается в пути подачи для подачи водорода и снижает давление водорода, подаваемого к батарее топливных элементов, устройство расширения, которое располагается выше по потоку от клапана регулирования давления в пути подачи и снижает давление и расширяет водород, подаваемый из водородного бака, и второй регулирующий клапан, который располагается выше по потоку от устройства расширения в пути подачи и приспособлен переключаться в одно из открытого состояния, в котором водород подается к устройству расширения, и закрытого состояния, в котором подача водорода к устройству расширения прерывается или объем водорода, подаваемого к устройству расширения, меньше объема в открытом состоянии.

Изобретение относится преимущественно к машиностроению, а также химической промышленности, транспорту, энергетике и к другим отраслям промышленности. Способ выработки озона из кислорода воздуха заключается в том, что работу строчных образований пластин топливных элементов из железа и никеля обеспечивают вибрацией при резонансном действии на них ультразвуком.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способу и системе для получения диоксида (435) углерода, очищенного водорода (213) и электричества из сырьевого реформированного технологического газа (205) с использованием твердооксидного топливного элемента (SOFC) (2), при этом способ и система включают этапы: введения реформированного технологического газа (205) в SOFC (2); в SOFC (2) преобразования водорода и монооксида углерода реформированного технологического газа (205) в комбинации с кислородом в анодный отходящий газ (208), содержащий пар, диоксид углерода и непрореагировавший технологический газ; введения анодного отходящего газа (208) в высокотемпературный реактор (8) конверсии водяного газа; в высокотемпературном реакторе (8) конверсии водяного газа преобразования монооксида углерода и пара в диоксид углерода и водород, введения газа (216), выходящего из высокотемпературного реактора (8) конверсии водяного газа, в низкотемпературный мембранный реактор (4) конверсии водяного газа, в низкотемпературном мембранном реакторе (4) конверсии водяного газа преобразования монооксида углерода и пара в диоксид углерода и водород, при этом низкотемпературный мембранный реактор (4) конверсии водяного газа содержит водородный насос (9), который вырабатывает очищенный водород (213) на стороне (41) для проникания, одновременно удаляя водород с сырьевой стороны (44).

Изобретение относится к области электротехники, в частности к энергоустановкам на основе твердооксидных топливных элементов для совместной выработки электроэнергии и теплоты, использующим углеводородное топливо и предназначенным для локальных потребителей, а также к модулям и батареям на основе топливных элементов, применяемых в автономных и резервных энергоустановках.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к системе на основе среднетемпературных твердооксидных топливных элементов (СТ-ТОТЭ), содержащей: (i) по меньшей мере одну батарею топливных элементов, содержащую по меньшей мере один среднетемпературный твердооксидный топливный элемент и имеющую анодный вход, катодный вход, анодный выход отходящего газа, катодный выход отходящего газа, и образующую отдельные пути потоков для потока входящего анодного газа, входящего катодного газа, отходящего анодного газа и отходящего катодного газа; и (ii) паровой реформер, предназначенный для риформинга углеводородного топлива в продукт риформинга и имеющий вход реформера для входящего анодного газа, выход реформера для выпуска входящего анодного газа и теплообменник реформера, при этом упомянутый теплообменник реформера представляет собой прямоточный теплообменник в проточном сообщении с (i) упомянутым по меньшей мере одним входом окислителя и катодным входом упомянутой по меньшей мере одной батареи топливных элементов и (ii) упомянутым источником топлива и анодным входом упомянутой по меньшей мере одной батареи топливных элементов, и предназначен для теплообмена между упомянутым входящим катодным газом и упомянутым входящим анодным газом.

Изобретение относится к электрохимическому способу получения глюкозы и системе для его осуществления, которые могут быть применены в химической промышленности. Предложенный способ включает реагирование воды и растворенного в ней газообразного диоксида углерода в присутствии источника электромагнитной энергии и меланина, удерживаемого на подложке, так что получается глюкоза.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при производстве ванадиевых электролитов для ванадиевых проточных окислительно-восстановительных редокс батарей. Техническим результатом изобретения является улучшение проводимости ванадиевого электролита на 20 по сравнению с другими электролитами и расширение температурного предела работоспособности ВРБ до -40°С. В качестве электролитов в ванадиевых батареях предложено использовать растворы ванадиевых солей в смесях растворов серной и соляной кислот с добавкой аэросила с размером частиц до 40 нм. Изготовление электролита происходит в 3 этапа: химический этап - растворение пентаоксида ванадия в смеси кислот; электрохимический этап - использование электрохимического устройства, состоящего из двух или более графитовых электродов, разделенных между собой перфторированной протонпроводящей мембраной, для получения ванадиевого электролита с валентностью ; этап доводки электролита путем добавления аэросила с размером частиц не более 40 нм. 2 з.п. ф-лы, 1 пр.

Наверх