Разработка методик получения ванадиевого электролита из техногенного сырья и исследование разрядных характеристик ванадиевых проточных редокс-батарей на электролитах различного состава

Ванадиевые проточные редокс-батареи (ВПРБ) являются разновидностью химических источников тока, в которых электрическая энергия запасена в виде химической энергии кислых растворов солей ванадия в разных степенях окисления. ВПРБ состоит из разрядного блока (мембранно-электродного блока (МЭБ) или стека МЭБ), состоящего из двух электродных пространств, разделенных полимерной ионообменной мембраной, и двух емкостей с электролитами. В процессе функционирования батареи электролиты положительного и отрицательного полупространств (посолит и неголит) непрерывно циркулируют между соответствующими полупространствами и резервуарами при помощи насосов. При заряде ПРБ электроэнергия затрачивается на проведение электродных реакций с участием компонентов посолита и неголита, которые балансируются за счет переноса ионов через мембрану, в результате чего электричество запасается в виде химической энергии электролитов. Впоследствии по мере необходимости к заряженной батарее может быть подключена внешняя нагрузка и тогда химическая энергия может быть превращена обратно в электроэнергию. Цели проекта: 1) Разработать масштабируемую методику приготовления 3.5 валентного ванадиевого электролита не чувствительную к выбору исходного ванадийсодержащего сырья путем объединения химических и электрохимических этапов синтеза; 2) Разработать методику характеризации приготовленного электролита спектрофотометрическими и кулонометрическими методами анализа состава; 3) Разработать методику непрерывного мониторинга состояния заряда ВПРБ, использующих смешаннокислые ванадиевые электролиты, с помощью метода синхронной спектроэлектрохимии и потенциометрии. 4) Исследовать эксплуатационные характеристики ячеек ванадиевой проточной редокс-батареи (максимальная разрядная мощность, эффективности при разных плотностях токов), работающих на приготовленном электролите из ванадийсодержащего сырья разной чистоты (пентаоксид ванадия, метаванадат аммония) в сопоставлении с электролитом, приготовленным из эталонного сырья (сульфата ванадила). 5) Исследовать влияние примесей в приготовленных ванадиевых электролитах на основные компоненты МЭБ – мембрану и материал электродов Первый год проекта был посвящен разработке методики приготовления 3.5 валентного ванадиевого электролита не чувствительную к выбору исходного ванадийсодержащего сырья путем, характеризации приготовленного электролита спектрофотометрическими и кулонометрическими методами анализа состава. В настоящем отчете представлены результаты работ за второй этап проекта, посвященного разработке метода мониторинга состояния заряда ВПРБ, исследованию эксплуатационных характеристик ячеек ВПРБ, работающих на электролитах разной чистоты и исследованию влияния примесей на характеристики батареи и основные компоненты МЭБ. Структурно отчет разбит на следующие ключевые разделы: метод мониторинга состояния заряда ВПРБ, измерение эксплуатационных характеристик на ванадиевых электролитах разной чистоты и исследование влияния примесей на характеристики ВПРБ и основные компоненты мембранно-электродного блока (МЭБ) ВПРБ.