[發明專利]一種循環電解反應裝置及其制備釩電池電解液的方法

無效

• 申請號: 201010574329.0
• 申請日: 2010-12-06
• 公開（公告）號: CN102011135A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發明（設計）人: 張宗祥;郭靜;汪保國;李曉寧;鄭為啟;周漢濤;李佳
• 申請（專利權）人: 上海林洋儲能科技有限公司
• 主分類號: C25B1/00
• 分類號: C25B1/00;C25B9/00;H01M10/36
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技術領域

本發明涉及液流電池的制造領域，特別是液流電池釩電解液的生產設備和方法。

背景技術

全釩氧化還原液流電池（簡稱釩電池）是一種以釩離子溶液為活性物質和電解液的液流電池。釩電解液是整個電池的核心，其生產技術和生產成本制約著釩電池的發展和應用。一般的，釩電池電解液分為正極電解液和負極電解液，其中正極電解液由V⁵⁺和V⁴⁺組成，負極電解液由V³⁺和V²⁺構成。由于在自然界中釩通常以+5價的五氧化二釩或釩酸銨的形式存在，因此釩電解液的制備方法通常是將五氧化二釩或釩酸銨通過化學或電化學方法進行還原，來得到V⁴⁺、V³⁺和V²⁺。

已有的化學制備方法一般需要高溫煅燒和諸如SO₂、H₂或CO等劇毒或易燃氣體參與反應，這樣會增加能耗并造成環境污染，同時勢必增加成本，因此，降低成本、減少能源消耗和抑制環境污染便成為釩電池電解液生產技術改進的重點和難點。

近年來，研究者開始采用電解方法將V⁵⁺進行電化學還原制備低價態釩電解液，這種方法不需要高溫和有毒氣體參與反應，操作簡便而且環保。已有的電解制備方法一般采用單一電解池，即電解池內兩側裝有一對電極，中間的隔膜把電解池分隔成正、負極室，將硫酸和五氧化二釩或釩酸銨的混合物置于負極室，正極室通常注入與負極室溶液具有相同離子強度的硫酸鈉或硫酸鎂的硫酸溶液，外電路接通后，負極室中的V⁵⁺就被還原成V⁴⁺、V³⁺或V²⁺。

這種單一電解池雖然結構簡單，便于操作，但也同樣存在一些缺陷：首先，為增大反應空間以增大產量，其正負極距離通常較大，這樣會導致電解過程中電化學反應極化增大，電流效率降低，從而造成電能浪費，反應時間增長；其次，單一電解池只有一個反應容器，加料后必須等待反應完全方可獲得產品，這種間斷式生產過程的生產周期受反應時間控制，反應時間增長，其生產周期也會增長，這樣會造成時間浪費；再次，由于V⁵⁺會被還原成V⁴⁺、V³⁺或V²⁺，采用單一電解池制備電解液，產品的釩離子價態難以控制。

發明內容

為了克服單一電解池的上述不足，本發明提供了一種由多個電解池組成的循環電解反應裝置，以及利用此裝置制備釩電池電解液的方法，以提高電解反應效率，縮短生產周期，方便有效地控制產品電解液中釩離子價態。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：本發明涉及的循環電解反應裝置由電解池組、加料反應釜、沉降池、輸液管路和泵組成，所述電解池組由2個或2個以上的對稱電解池組成，電解池組的陰極出液口通過輸液管路與加料反應釜進液口相連，加料反應釜出液口與沉降池進液口相通，沉降池上端出液口通過輸液管路和泵與電解池組陰極進液口相通，沉降池下端出液口經泵與加料反應釜進液口相連；所述的電解液制備方法是：首先將V₂O₅和濃度為0.5?molL^-1~6?molL^-1的硫酸溶液加入加料反應釜，經攪拌使部分V⁵⁺溶解形成懸濁液，送入沉降池使未溶解的V₂O₅沉淀，沉降池上層含有V⁵⁺的澄清液體由泵送入電解池組的陰極室，下層沉淀由泵送回加料反應釜，電解池組與外接電源相連，V⁵⁺在電解池組的陰極室被還原，從電解池組出口得到V³⁺溶液，部分V³⁺溶液返回加料反應釜再與一定計量的V₂O₅混合反應形成由V⁴⁺溶液和V₂O₅固體組成的懸濁液，懸濁液送入沉降池使V₂O₅沉淀，上層含有V⁴⁺的澄清液體由泵送入電解池組進行電解反應，電解池組出口得到的部分V³⁺溶液，再送入加料反應釜與一定計量的V₂O₅混合反應，從而形成一個連續循環的電解反應流程。