[发明专利]一种循环电解反应装置及其制备钒电池电解液的方法

权利要求书

1.一种循环电解反应装置及其制备钒电池电解液的方法，其特征在于：所采用的循环电解反应装置由电解池组、加料反应釜、沉降池、输液管路和泵组成，所述电解池组由2个或2个以上的对称电解池组成，电解池组的阴极出液口通过输液管路与加料反应釜进液口相连，加料反应釜出液口与沉降池进液口相通，沉降池上端出液口通过输液管路和泵与电解池组阴极进液口相通，沉降池下端出液口经泵与加料反应釜进液口相连；所述的电解液制备方法是：首先将V₂O₅和浓度为0.5molL^-1~6molL^-1的硫酸溶液加入加料反应釜，经搅拌使部分V⁵⁺溶解形成悬浊液，送入沉降池使未溶解的V₂O₅沉淀，沉降池上层含有V⁵⁺的澄清液体由泵送入电解池组的阴极室，下层沉淀由泵送回加料反应釜，电解池组与外接电源相连，V⁵⁺在电解池组的阴极室被还原，从电解池组出口得到V³⁺溶液，部分V³⁺溶液返回加料反应釜再与一定计量的V₂O₅混合反应形成由V⁴⁺溶液和V₂O₅固体组成的悬浊液，悬浊液送入沉降池使V₂O₅沉淀，上层含有V⁴⁺的澄清液体由泵送入电解池组进行电解反应，电解池组出口得到的部分V³⁺溶液，再送入加料反应釜与一定计量的V₂O₅混合反应，从而形成一个连续循环的电解反应流程。

2.根据权利要求1所述的循环电解反应装置及其制备钒电池电解液的方法，其特征在于：电解池组由2个或2个以上对称电解池模块串联而成，每个模块包括电解池框、电极板、隔膜，其中处于电解池最外侧的电极板为单电极板，处于电解池组中间的电极板为双极板，多个电解池模块通过压滤机方式组装成电解池组。

3.根据权利要求1或2所述的循环电解反应装置及其制备钒电池电解液的方法，其特征在于：电极板材质可以用石墨板、导电塑料、钛或钛合金制备而成，其中进行阳极反应的一面一般要涂覆催化剂涂层，包括铂、铑、铱、钯，或这些金属弥散在导电的氧化物基体中；电解池框可用PVC、PP或PE制成；隔膜可以采用PP毡、微孔玻璃纤维膜、超分子微孔PE膜或Nafion膜。

4.根据权利要求1所述的循环电解反应装置及其制备钒电池电解液的方法，其特征在于：电解液在每个电解池中的流速为0.5cms^-1~10cms^-1，施加于电解池组的直流电流为10A~1000A，施加于电解池组的电流密度为100Am^-2~2000Am^-2。

5.根据权利要求1所述的循环电解反应装置及其制备钒电池电解液的方法，其特征在于：电解池组中的阳极电解液为含有支持电解质的水溶液，支持电解质为硫酸、硫酸钠、硫酸钾、硫酸镁的至少一种，浓度为0.5molL^-1~6molL^-1；阳极电解液在电解池组阳极室处于静止状态，定期要向阳极室中补加水。

6.根据权利要求1所述的循环电解反应装置及其制备钒电池电解液的方法，其特征在于：加料反应釜中安装有搅拌器，其转速为100转min^-1~1000转min^-1；加入的V₂O₅是通过研磨并/或过滤得到的粒度不超过50μm的粉末；V₂O₅的加入量应足够多，以保证与电解池组阴极出口流出的V³⁺溶液混合后形成悬浊液。

7.根据权利要求1所述的循环电解反应装置及其制备钒电池电解液的方法，其特征在于：电解反应装置中设有三个产品出口，包括：电解池组出液口、沉降池上端出液口和电解池组中某一级电解池的阴极出液口，可分别得到纯V³⁺电解液、纯V⁴⁺电解液和V³⁺:V⁴⁺=1:1的电解液，其浓度为0.5molL^-1~6molL^-1。