[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

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，涉及一種固態電解質隔膜材料電解制鈉的裝置。本發明的目的是要解決傳統制鈉方法電解效率低、雜質含量高和污染環境，β?Al₂O₃隔膜電解法采用的電解質材料離子電導率低、耗能高和合成設備要求高以及常規電解質材料存在嚴重的鈉沉積現象的問題。方法：電解反應生成的氯氣進入到儲氯器內，電解反應生成的熔融金屬鈉進入到金屬鈉收集器，熔融金屬鈉冷卻成固態金屬鈉；當金屬鈉收集器內充滿固態金屬鈉后，關閉導鈉管閥門，打開保護氣體出入氣管閥門，通入保護氣體，再對固態金屬鈉進行收集。本發明可獲得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。

技術領域

本發明涉及一種固態電解質隔膜材料電解制鈉的裝置。

背景技術

鈉是一種應用非常廣泛的堿金屬元素，在地殼中的儲量頗豐，其在能源、化工、醫藥、染料和國防軍工等領域占據著極其重要的地位，具有非常高的工業價值。近些年，固態鋰電池的極速發展帶動了衍生的固態鈉電池的研究，作為固態電池負極部分不可或缺的電極材料，金屬鈉擁有其他電極材料難以比擬的優勢，當電池負極使用鈉金屬時，其理論容量高達1166mAhg^-1，是目前鋰離子電池石墨電極理論容量的近三倍。因此，在儲能領域和光電領域對于高純度金屬鈉的需求逐年攀升。

目前金屬鈉的制備手段主要有以下幾種：食鹽熔融電解、燒堿熔融電解、電解鈉汞齊和β－Al₂O₃隔膜電解。食鹽熔融電解制鈉工藝稱為Downs法，原材料為精制鹽，產物主要是鈉金屬以及氯氣，Downs電解槽通過使用多個陰極合并組成的電解單元，與導電鋁排相連，石墨作為電極，電解單元上部的收集器將產物鈉金屬及氯氣分別保存，兩電極間安置有防止金屬鈉和氯氣再次接觸的鐵制隔膜。由于氯化鈉的熔點高達801℃，電解反應消耗所需的能量巨大，且對電解裝置的要求也高，所以通常會采用二元或三元共熔物來降低電解反應的溫度，以達到節約能耗滿足設備要求的目的。但是降低設備要求的同時也引入了雜質，使得后續還要進行產物的純化，且引入共熔物降低熔融的溫度有限(約為570℃)，電解效率大約在80％左右。

燒堿熔融電解的工藝稱為Castner法，原材料為氫氧化鈉，產物主要是鈉金屬、氧氣和水，陰極一般為鐵制電極，陽極一般為鎳制電極，兩電極之間安置有分離電解產物的鎳網，電解質采用的是碳酸鈉以及氫氧化鈉組成的二元混合物，電解得到產物粗鈉需要進行精制，成型后得到產品鈉。Castner法所需的電解溫度在330℃左右，對設備要求低，但其電解效率只有50％左右。

電解鈉汞齊制金屬鈉，鈉汞齊作為陽極，陰極采用多孔鐵片，電解液為飽和氫氣的NaI、NaOH、NaCN，電解時多孔鐵片上浮出金屬鈉。電解鈉汞齊法制鈉所需的工作溫度在220℃左右，對設備要求低，其電解效率高達95％，但該法工作過程所產生的汞蒸汽對作業人員有害且污染環境。