[发明专利]一种钒电池电解液浓度在线检测的方法

摘要

本发明涉及一种全钒氧化还原液流电池电解液浓度在线检测的方法。利用紫外可见分光光度法，分析了二价钒V(II)体系、三价钒V(III)体系和四价钒V(IV)体系，并引入K矩阵法对二价钒与三价钒V(II)/V(III)混合体系和三价钒与四价钒V(III)/V(IV)混合体系进行分析，推导出各体系中各价态钒离子的浓度-吸光度的曲线方程。本发明方法，只需将钒电池电解液中未知浓度试样的吸光度数据代入本发明所测定和推导出的吸光度-浓度的曲线方程中，便可以快速地检测出试样中各价态钒离子的浓度，通过与国标法的比较，证明了其准确性和精确度。此法在动态的监控钒离子电解液价态变化以及同时定性定量地检验混合价态的钒电解液方面有着巨大的应用前景。

主权项

一种钒电池电解液浓度在线检测的方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步，分别配制浓度范围为0.015～0.250mol/L的二价钒离子标准溶液、0.001～0.350mol/L的三价钒离子标准溶液以及0.001～0.080mol/L的四价钒离子标准溶液，然后分别从各标准溶液的浓度范围内选取4～6个浓度，采用紫外可见分光光度法，得到各标准溶液4～6个浓度下的吸光度与波长关系的标准光谱图曲线，然后从各标准光谱图曲线中分别选取特定吸收峰波长段，在特定吸收峰波长段内取波长λ0，得到λ0下4～6个浓度数据与对应浓度的标准光谱图曲线中的吸光度数据绘制吸光度‑浓度曲线图，拟合曲线后得到单价态钒离子电解液的浓度与吸光度的曲线方程分别为：二价钒的特定吸收峰波长段为450～650nm时，二价钒离子浓度C(II)＝mA450nm～650nm‑n.......................................(1)；三价钒的特定吸收峰波长段为300～500nm时，三价钒离子浓度C(III)＝cA300nm～500nm+d.......................................(2)；或，特定吸收峰波长段为500～700nm时，三价钒离子浓度C(III)＝aA500nm～700nm‑b..........................................(3)；四价钒的特定吸收峰波长段为600～850nm时，四价钒离子浓度C(IV)＝rA600nm～850nm‑t..........................................(4)；所述A表示吸光度，m、n、c、d、a、b、r和t均为系数；第二步，配制浓度范围为0.005～0.25mol/L三价钒与0.001～0.060mol/L四价钒离子的混合标准溶液，从混合标准溶液的浓度范围内选取至少2个浓度，采用紫外可见分光光度法，得到其混合标准溶液的至少2个浓度下的吸光度与 波长关系的标准光谱图曲线，然后从标准光谱图曲线中分别选取550～650nm、600～700nm和700～800nm三个波长段，再从三个波长段内分别取波长λa、λb和λc，并得到标准光谱图曲线中λa、λb和λc对应的吸光度数据，根据不同离子在同一波长处的吸光度具有加和性，采用K‑矩阵法和三波长法处理λa、λb和λc下至少2个浓度数据与对应浓度的标准光谱图曲线中的吸光度数据，得到混合价态的三价钒与四价钒离子电解液的浓度与吸光度的曲线方程为：三价钒离子浓度C(III)＝a1Au550～650nm+b1Au600～700nm‑c1Au700～800nm............(5)，四价钒离子浓度C(IV)＝‑m1Au550～650nm+n1Au600～700nm+t1Au700～800nm.........(6)；所述Au表示吸光度，a1、b1、c1、m1、n1和t1均为系数；配制浓度范围为0.010～0.550mol/L二价钒与0.015～0.150mol/L三价钒离子的混合标准溶液，从混合标准溶液的浓度范围内选取至少2个浓度，采用紫外可见分光光度法，得到其混合标准溶液的至少2个浓度下的吸光度与波长关系的标准光谱图曲线，然后从标准光谱图曲线中分别选取500～600nm和550～650nm两个波长段，再从两个波长段内分别取波长λd和λe，并得到标准光谱图曲线中λd和λe对应的吸光度数据，根据不同离子在同一波长处的吸光度具有加和性，采用K‑矩阵法和双波长法处理λd和λe下至少2个浓度数据与对应浓度的标准光谱图曲线中的吸光度数据，得到混合价态的二价钒与三价钒离子电解液的浓度与吸光度的曲线方程为：二价钒离子浓度C(II)＝a2Au500～600nm‑b2Au550～650nm..............................(7)，三价钒离子浓度C(III)＝‑m2Au500～600nm+n2Au550～650nm........................(8)；所述Au表示吸光度，a2、b2、m2和n2均为系数；第三步，对钒电池电解液浓度进行在线检测：从钒电池电解液中取未知试 样，稀释50‑100倍，用紫外可见分光光度法得出试样的吸光度与波长关系的光谱图曲线，然后将试样光谱图曲线分别与第一步、第二步的标准光谱图曲线相比对，根据两者的曲线形状和吸收峰位置，判断试样中离子价态，试样为单价态的钒离子电解液，则取试样光谱图曲线中波长λ0下的吸光度数据，代入相应的曲线方程(1)、(2)、(3)或(4)式中，试样为混合价态的三价钒与四价钒离子电解液，则取试样光谱图曲线中波长λa、λb和λc下的吸光度数据，代入相应的曲线方程(5)和(6)式中，试样为混合价态的二价钒与三价钒离子电解液，则取试样光谱图曲线中波长λd和λe下的吸光度数据，代入相应的曲线方程(7)和(8)式中，从而得到钒电池电解液中未知试样的钒离子浓度。