NB/T 42006-2013 全釩液流電池用電解液 測試方法

【范圍】
本標準規定了全釩液流電池用電解液的術語和定義、通用要求、抽樣要求和測試方法。包括釩含量、硫酸根含量、硅含量、鐵含量、氮含量、其他元素(K、Na、Al)含量、電導率、密度和黏度的測定方法。
本標準適用于以硫酸作為溶劑的全釩液流電池用電解液。

【術語和定義】
下列術語和定義適用于本標準。
全釩液流電池  vanadium flow battery, VFB
又稱全釩液流電池系統，通過正負極電解液中不同價態釩離子的電化學反應來實現電能和化學能互相轉化的儲能裝置。
電解液  electrolyte
具有離子導電性的含不同價態釩離子的溶液。
3.5價電解液  electrolyte (3.5 valence)
當電解液中三價釩離子和四價釩離子摩爾濃度的比例為1:1時，其價態被定義為3.5價，該電解液稱作3.5價電解液。
正極電解液  positive electrolyte
電池工作時的電解液，因釩離子價態發生變化，其組分不同于3.5價電解液。正極電解液為電池正極儲罐中溶液，只含有四價和五價釩離子。
負極電解液  negative electrolyte
電池工作時的電解液，因釩離子價態發生變化，其組分不同于3.5價電解液。負極電解液為電池負極儲罐中溶液，只含有二價和三價釩離子。
析出  precipitation
電解液中的活性物質發生聚積或沉淀，從溶液中分離出來的現象。
活性物質  active materlal
電池充放電過程中，發生氧化還原反應時接受電能和釋放電能的物質。

【測試方法】
釩含量測定
原理
以硫磷酸緩沖溶液為介質，用高錳酸鉀標準溶液進行滴定，直至出現電位突躍，依據電位突躍得到對應的電解液體積，計算出相應釩離子濃度。

【試驗儀器】
試驗使用的儀器及精度應滿足如下要求:
a) 電位滴定儀: 電位精度為0.1mV。
b) 分析天平: 精度為0.0001g。
c) 其他實驗室常用儀器。

【實驗儀器制備，推薦使用】釩含量測定

京都電子KEM 電位滴定法自動電位滴定儀 AT-710S

【測定步驟】
3.5價電解液測定
3.5價電解液的濃度按如下步驟進行測試:
a) 準確移取0.2mL待測液于已放40mL硫磷酸緩沖溶液的燒杯中。
b) 在70°C恒溫水浴中， 電位滴定至先后出現兩個突躍終點，按突躍出現的時間先后順序，對應消耗高錳酸鉀的體積為V₃和V₄。
c) 根據突躍終點消耗高錳酸鉀的體積，計算出相應的釩濃度。
負極電解液測定
負極電解液濃度的測定如下:
a) 準確移取0.2mL待測液于己放40mL硫磷酸緩沖溶液的燒杯中。
b) 70°C恒溫水浴，在氬氣保護下， 電位滴定至先后出現三個突躍終點，按突躍出現的時間先后順序，對應消耗高錳酸鉀的體積為V₅、V₆和V₇。
c) 根據突躍終點消耗高錳酸鉀的體積，計算出相應的釩濃度。
正極電解液測定
正極電解液濃度的測定如下:
a) 準確移取0.2mL待測液于己放40mL硫磷酸緩沖溶液的燒杯中。
b) 在70°C恒溫水浴中， 電位滴定至出現突躍終點，對應體積為V₈，迅速加入硫酸亞鐵銨至電位降到400mV左右。
c) 繼續用高錳酸鉀標準溶液滴定至先后出現兩個突躍終點，按突躍出現的時間先后順序，對應消耗高錳酸鉀的體積為V₉和V_`10。
d) 根據突躍終點消耗高錳酸鉀的體積，即可計算出相應的釩濃度。

【結果計算】
3價和4價釩離子濃度的計算
3價和4價釩離子濃度按式(2)和式(3)計算:

式中:
C_V(Ⅲ)一一溶液中三價釩離子的濃度，mol/L；
C_V(Ⅳ)一一溶液中四價釩離子的濃度，mol/L；
C_KMnO4一一高錳酸鉀標準溶液的濃度，mol/L；
V₃、V₄一一滴定時消耗的高錳酸鉀標準溶液的體積，mL；
V 一一待測溶液的體積，mL。
負極電解液釩離子濃度的計算
負極電解液釩離子濃度按式(4)和式(5)計算:

式中:
C_V(Ⅱ)一一溶液中二價釩離子的濃度，mol/L；
C_V(Ⅲ)一一溶液中三價釩離子的濃度，mol/L；
C_KMnO4一一高錳酸鉀標準溶液的濃度，mol/L；
V₅、V₇一一滴定終點時消耗的高錳酸鉀標準溶液的體積，mL；
V 一一待測溶液的體積，mL。
正極電解液釩離子濃度的計算
正極電解液釩離子濃度按式(6)和式(7)計算:

式中:
C_V(Ⅳ)一一溶液中四價釩離子的濃度，mol/L；
C_V(Ⅴ)一一溶液中五價釩離子的濃度，mol/L；
C_KMnO4一一高錳酸鉀標準溶液的濃度，mol/L；
V₈、V₉、V₁₀一一滴定終點時消耗的高錳酸鉀標準溶液的體積，mL；
V 一一待測溶液的體積，mL。

京都電子KEM 自動電位滴定儀AT-710 操作動畫演示：