[发明专利]一种低价钒电解液的电化学制备装置

说明书

技术领域

本发明属于化学工程与工业领域，特别涉及到一种全钒液流电池电解液制备装置领域。该装置可缩短低价钒电解液的制备流程、降低电能消耗、提高低价钒电解液产品的纯度，并容易实现自动控制和连续生产。

技术背景

液流电池是一种大规模储能装置，以活性物质在溶液流动状态下实现储能、放能的显著特点而具有超长的循环寿命。近30年来得到了一系列的研究进展，特别是近年来，随着风能、太阳能等可再生能源发电及并网的发展，液流电池的大规模储能特点彰显出其优良的发展前景，世界各国均在液流电池研发方面倾注大量人力物力，并进行了大量的储能示范。发展至今，已有多种体系，其中全钒液流电池体系是目前最为成熟的一种体系。

全钒液流电池的正负极分别为V⁵⁺／V⁴⁺和V³⁺／V²⁺电对，电解液一般为硫酸体系。由于高价钒在自然界中稳定，4价和5价钒的产品成本较低，且易储存；3价和2价钒在自然界中不稳定，易被氧化，不易存储，一般在应用前制备。大多数专利采用化学法进行低价钒的制备，专利(申请号200610038914.2)将三氧化二钒和五氧化二钒按照1.5～2.5：1的比例混合，高温焙烧，得到多钒化合物，然后加入硫酸，配制成为三～四价钒电解液，其中，四价钒大于总钒的50％。专利(申请号200910171737.3)也将五氧化二钒和三氧化二钒用硫酸溶解，同时加入有机物还原剂，得到三～四价钒溶液。专利(ZL200710188392.9)采用三价钒制备钒电池电解液，将三氧化二钒与硫酸混合，放入管式炉中，在100～300度的温度下煅烧，利用空气将部分三价钒氧化成为四价，得到三、四价各一半的电解液。也有少数专利采用电化学方法进行低价钒的制备。专利(ZL03159533.2)在五氧化二钒和三氧化二钒1：1混合的基础上，采用电解的方法将电解液还原，制备成为三价和四价钒比例约为1：1的混合物。上述的各种方法中，多采用五氧化二钒、三氧化二钒粉体或二者的混合物，溶解于强酸中，通过高温条件下的反应制备钒电解液，此类方法的原料原料制备工艺复杂、成本高，且均需经过多步过程，很难达到电解液的连续的规模化生产。特别是，尚未有用于电化学法生产低价钒电解液的装置的专利。

为了简化钒电池电解液制备工艺复杂、降低制备成本，我们提出了一种低价钒的电化学制备装置，利用改进的化学和电化学复合还原技术，仅消耗部分电能和能够还原5价钒的还原剂，可用4价及5价钒为原料制备出高纯度的2～3价钒溶液。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低价钒电解液的电化学制备装置。不同于现有的液流电池电解液的制备装置，本发明的思路是：采用化学和电化学还原相结合的办法，在电解池中控制正负极投料比和电解电量，将4价钒在负极还原成为2～3价，同时4价钒在正极氧化成为5价，随后，将负极电解液放出，注入新的4价钒液，在正极电解液中加入还原剂，将5价钒还原成为4价，如此可实现正极电解液的重复使用，以及2～3价钒的连续生产。该电化学制备装置中在正极电解液加入的还原剂反应后不会留下影响钒电解液的杂质。采用该装置，可连续制备低价钒电解液，具有制备流程短、消耗电能低、生产过程可控性好的特点。

本发明的技术方案如下：一种低价钒电解液的电化学制备装置包括电解池1、正极储液罐2、负极储液罐3、正极进液罐4、负极进液罐5、负极出液罐6、磁力泵7、控制阀8、管路9和电源10构成，其中正极进液罐4连接于正极储液罐2并通过管路9由磁力泵7推动正极电解液流过电解池1的正极区，负极进液罐5连接于负极储液罐3并通过管路9由磁力泵7推动负极电解液流过电解池1的负极区；负极出液罐6连接于负极储液罐3并通过管路9和三通控制阀8由过磁力泵7推动，用于当电解结束时取出负极电解液；电解池1包括端板11、集电极12、隔栅13、催化电极14、隔膜15和双极板16，正极区集电极12、正极区隔栅13和正极区催化电极14组成正极区，负极区集电极12、负极区隔栅13和负极区催化电极14组成负极区，隔膜15分隔正极区和负极区而成单体电解池，双极板16将多个单体电解池串联成电解池1，正极电解液和负极电解液由隔膜15隔开，分别在磁力泵7推动下在正极储液罐2及电解池1正极区之间和负极储液罐3及电解池1负极区之间流动。

电化学制备装置正极储液罐2、负极储液罐3、正极进液罐4、负极进液罐5和负极出液罐6均为耐硫酸腐蚀的不导电塑料。

电化学制备装置所用的磁力泵7和控制阀8中与正极电解液和负极电解液接触的位置均为耐硫酸腐蚀的不导电塑料。