[發明專利]一種基于固態電解質隔膜材料的電解裝置及利用該電解裝置制鈉的方法

有效

• 申請號: 202110297742.5
• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號: CN113073357B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 劉立敏;周曉亮;劉雨劍
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: C25C3/02
• 分類號: C25C3/02;C25C7/04;C25C7/06;C25B1/26;C25B13/05
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 李紅媛

1.一種基于固態電解質隔膜材料的電解裝置制鈉的方法，其特征在于一種基于固態電解質隔膜材料的電解裝置制鈉的方法，具體是按以下步驟進行：

一、先通過陽極電解質投料管（6）的進料口向陽極電解質腔（10）內加入陽極液和陽極電解質，通過陰極電解質投料管（5）的進料口向陰極電解質腔（13）內加入陰極電解質，并通過陰極端保護氣體進氣管（7）的進氣口向陰極電解質腔（13）內通入保護氣體，然后將陰極（4）與第一陽極（11）和第二陽極（12）之間均連通直流電壓，同時啟動加熱設備（2）；所述陽極液為由eZnCl₂+fBaCl₂+gNaCl組成的三元共熔物體系，所述的e、f和g為對應共熔物的含量，其中0≤e≤1，0≤f≤1，0≤g≤1，且e、f和g不同時為0或1，所述陰極電解質為金屬鈉，所述陽極電解質為由氯化鈉和氯化鋅組成的混合物；

二、啟動金屬鈉冷卻器（18），電解反應生成的氯氣通過導氯管（16）進入到儲氯器（8）內，電解反應生成的熔融金屬鈉通過導鈉管（9）進入到金屬鈉收集器（14），熔融金屬鈉經金屬鈉冷卻器（18）冷卻成固態金屬鈉；當金屬鈉收集器（14）內充滿固態金屬鈉后，關閉導鈉管閥門（15），同時打開保護氣體出入氣管閥門（23），向金屬鈉收集器（14）內通入保護氣體，再對固態金屬鈉進行收集；NASICON型無機固態電解質隔膜槽（3）由電解質材料Na_1+x+yIn_xZr_2-xSi_yP_3-yO₁₂制成，x和y分別為對應元素所占的摩爾百分比，0≤x≤1，1≤y≤2.2；

收集的固態金屬鈉的純度為99.9~99.99%，收集的氯氣的純度為99.8~99.99%；

所述基于固態電解質隔膜材料的電解裝置包括電解槽（1）、NASICON型無機固態電解質隔膜槽（3）、陰極（4）、儲氯器（8）、陽極和金屬鈉收集器（14），所述陽極由第一陽極（11）和第二陽極（12）組成；

所述電解槽（1）封閉設置，電解槽（1）的內部設置有NASICON型無機固態電解質隔膜槽（3），所述NASICON型無機固態電解質隔膜槽（3）的內部為陰極電解質腔（13），NASICON型無機固態電解質隔膜槽（3）的外部為陽極電解質腔（10）；所述金屬鈉收集器（14）設置在電解槽（1）的外部，NASICON型無機固態電解質隔膜槽（3）的頂部與電解槽（1）的頂部密封連接，NASICON型無機固態電解質隔膜槽（3）的底部通過導鈉管（9）與金屬鈉收集器（14）的進料口連通，導鈉管（9）上設有導鈉管閥門（15），金屬鈉收集器（14）的側壁設置有保護氣體出入氣管（22），所述保護氣體出入氣管（22）上設有保護氣體出入氣管閥門（23）；NASICON型無機固態電解質隔膜槽（3）的頂部設置有陰極電解質投料管（5）和陰極端保護氣體進氣管（7），所述陰極電解質投料管（5）上設有陰極電解質投料管閥門（21），所述陰極端保護氣體進氣管（7）上設有陰極端保護氣體進氣管閥門（19），NASICON型無機固態電解質隔膜槽（3）上設置有陰極（4）；所述陽極電解質腔（10）上設置有第一陽極（11）和第二陽極（12），陽極電解質腔（10）的頂部設置有陽極電解質投料管（6），所述陽極電解質投料管（6）上設有陽極電解質投料管閥門（20），導氯管（16）的一端設置在陽極電解質腔（10）的頂部，導氯管（16）的另一端與儲氯器（8）的進氣口連通，導氯管（16）上設有導氯管閥門（17）。

2.根據權利要求1所述的一種基于固態電解質隔膜材料的電解裝置制鈉的方法，其特征在于所述基于固態電解質隔膜材料的電解裝置還包括加熱設備（2），所述加熱設備（2）設置在電解槽（1）的外表面。

3.根據權利要求1所述的一種基于固態電解質隔膜材料的電解裝置制鈉的方法，其特征在于所述基于固態電解質隔膜材料的電解裝置還包括金屬鈉冷卻器（18），所述金屬鈉冷卻器（18）設置在金屬鈉收集器（14）的底端。