全钒液流电池电解液研究新进展

2015年6月3日，由国家能源局指导，中关村储能产业技术联盟（CNESA）与杜塞尔多夫展览（上海）有限公司共同主办的“储能国际峰会2015”在北京召开。中国科学院金属研究所研究员严川伟在会上发表主题演讲，以下为演讲内容。

中国科学院金属研究所研究员严川伟：

大家好，今天我主要想与大家分享一下关于全钒液流电池电解液方面的知识。

电解液是全钒液流电池中的导电物质，同时也是能量存储的介质、能量转换的核心。中国科学院金属研究所对电解液的研究工作主要体现在以下几个方面。

一、如何制备电解液

电解液可以使用不同的原材料进行制备，最终的产品有进出液、电解液等。目前我们研究所主要用五氧化二钒来做还原反应。

在电解液评价方面，我们针对钒离子使用光伏法或者电位滴定法。这两种方法各有优缺点，光伏法具有快速的特点，对离子的测量也可以实现自动控制，目前使用越来越普遍。

二、电解液的稳定性

电解液和钒离子的稳定性非常重要。由于钒离子是过渡金属离子，很容易提高其稳定性。曾经有人做实验，在较高温度下对五价离子进行评价，列举了其中的添加剂，得出结论是离子的稳定性会受到添加剂添加量的影响。

我们曾经尝试过将电解液中的甲基磺酸用硫酸替换掉，结果确实看到溶解度提高了、稳定性也大幅提高。在经典教科书中，对钒离子的结构和性能做了比较系统的描述，但这些对于液流电池来说，指导意义还远远不够。

三、溶液物理和化学性质

要发展液流电池，我们首先要了解电解质的基本情况，然后才能改善电池的性能。

电解液的物理和化学性质，直接与液流电池的性能相关，比如黏度、表面张度、活力等，会影响到电池的内阻等。将这些因素建立相关度，可以进一步优化和控制电池性能。比如在一定钒浓度条件下，酸的浓度升高，会让电导随之上升。在酸保持不变的情况下，钒浓度的增加，会让电解液的黏度上升。

四、关于电化学的影响

在酸浓度不变的情况下，钒浓度提升会让离子的可逆性变差。从温差角度看，变差是综合的结果，在电子转移过程中，钒浓度并非越高越好，应该控制在一定范围内。

我们从电池评价的角度综合来看，不论是钒，还是酸，都有一个合适的浓度范围，另外，温度也会对电池评价造成影响，其能量效率大概在25℃左右达到最高值。在利用率方面，电解液中的活性物质会随着电流密度的提升，呈现下降趋势。

五、研究所的下一步发展

在基础科学方面，我们会继续对钒离子结构进行研究，包括本体溶液中的离子结构，以及在电极界面上结构与电力学的关系，究竟会以哪种形式出现。

对于全钒液流电池来讲，负极比较敏感，也比较容易被氧化，我们还需要进一步做研究。另外就是副反应对主反应的影响，也需要深入研究。

在技术与工程方面，电解液的制备并不是越纯越好，而是需要更好的性价比，满足具体应用。运行维护及再生利用方面，也需要出具相应的标准。

随着产业化的发展，未来电解液会成为整个电池市场中投资最大的一块，因此我们也需要在商业模式上不断探索。