高能密度全钒液流储能系统活性物稳定化机制研究

全钒液流储能系统在系统运行过程中电解液活性物出现结晶，已成为高比能量蓄电系统的技术难题和研究热点。本项目针对制约全钒液流储能系统能量密度提高的关键因素之一 - - 高浓度电解液的稳定性开展研究。拟采用多相自催化反应获得钒氧化物溶解度高、具有精确化学计量比的电解液体系；通过比较不同配位剂分子与分散剂对高浓度电解活性物稳定性以及电化学活性的影响，探讨添加剂对电解质的稳定化机制及其在充放电过程的电化学行为；考察电解液与电极非均相界面在温度、流场、酸度、浓度梯度、电场、渗透压等多因素影响下的物理化学行为，及其对储能系统的输入输出特性的电极界面影响；建立全钒液流储能系统高能量密度电解活性物在多场影响下的稳定化机制与调控行为；上述研究成果将为发展大规模、低成本、高比能量、高效率的液流储能系统提供高浓度、高稳定性电解液体系的制备与调控方法与思路。

本项目提出紫外-可见光谱分析钒电解液中活性钒离子的浓度及存在形态的方法，研究了钒氧化物溶解过程的热力学和动力学特征，钒电解液浓度、环境温度、电解液的荷电状态等因素对钒电解液稳定性的影响，以及正负极钒电解液的在不同电极上的电化学过程。提出化学还原和自催化两种快速、低成本制备高浓度钒电解液的方法。研究了添加剂分子与钒离子的相互作用，分子空间构型和官能团种类不同对钒离子在电解液中的稳定性及电化学性能的影响规律。获得多种高浓度高电化学活性的电解液配方。为全钒液流电池电解液的制备、调控和分析检测提供了实验基础和理论依据。在该项目经费的资助下，发表SCI论文9篇，申请发明专利2项。培养3名硕士和2名博士毕业，为全钒液流电池领域研究积累人才。已圆满完成项目计划书的研究任务，达到预期效果。