钒电池电解液的热力学性质研究

钒电池作为可大容量、快速充放电、高效率的液流储能电池，是满足风能、太阳能发电及智能电网对大规模储能需求的理想储能技术。电解液是钒电池能量存储转换的核心，其热力学性质是决定电池系统性能和运行寿命的关键之一。目前缺乏有关钒电解液热力学性质的系统研究，在很大程度上制约了钒电池的实际应用与技术发展。本项目采用等压法、量热法、电动势法和电导法等经典实验方法，系统测定钒电池电解液及其相关溶液体系的基础热力学数据，计算活度、渗透系数、离子对缔合常数、溶解度、表观摩尔热容等热力学性质，研究其随温度和组成变化规律，进而通过Pitzer理论与离子对缔合平衡常数和硫酸二级解离平衡相结合的方法，预测不同充放电状态下钒电池电解液的热力学性质。本项目是在钒电池研究实践中提出的基础课题，研究结果将为钒电池运行状态优化控制和性能的提高提供基础数据；同时，也会对电解质溶液化学发展起到积极的促进作用。

钒电池是一种可大容量、快速充放电的液流储能电池，是满足风能、太阳能发电及智能电网对大规模储能需求的理想储能技术。电解液是钒电池能量存储转换的核心，其热力学性质是决定电池系统性能和运行寿命的关键之一。目前缺乏有关钒电解液热力学性质的系统研究，在很大程度上制约了钒电池的实际应用与技术发展。. 本项目采用电导法测定水－H2SO4－VSO4、水－(VO2)2SO4－H2SO4和水－H2SO4－V2(SO4)3溶液体系的电导；用密度法测定水－VSO4－H2SO4、水－V2(SO4)3－H2SO4和水－(VO2)2SO4－H2SO4三元溶液体系的热膨胀系数和不同温度下的表观摩尔体积；用电动势法测定总浓度不超过0.2 mol•kg-1的水－(VO2)2SO4－H2SO4、水－VSO4－H2SO4和水－V2(SO4)3－H2SO4三元溶液体系在不同温度下的电动势；采用等压法测定上述水－VSO4－H2SO4、水－V2(SO4)3－H2SO4和水－(VO2)2SO4－H2SO4三元溶液体系从浓度0.5 mol•kg-1直至饱和溶液的渗透系数和相关的钒盐溶解度；同时对典型钒溶液体系的表面张力性质进行了研究。以所测得数据为基础，通过计算获得了钒电池溶液的电导活化能、表观摩尔体积φVB和偏摩尔体积 以及钒离子对解离常数等热力学参数及其随温度和与溶液组成的变化规律，并创新的提出了标准加入法，成功地利用三元溶液实验数据计算得到无硫酸存在时钒盐－水二元溶液体系的数据。用Pitzer体积性质方程对钒溶液的表观摩尔体积进行了多元线性拟合，得到了不同温度下的Pitzer参数，采用此Pitzer模型能够较好的预测不同状态下三元体系的的体积及表面张力性质，预测值与实测值高度相关。. 本项目还在研究钒电池溶液热力学性质同时注意将其转化为实用技术，并获得专利授权。