[发明专利]一种用于全钒液流电池电解液的配方及工艺

权利要求书

1.一种用于全钒液流电池电解液的配方，其特征是，对原料钒中可参加电极反应的元素含量进行限制，当含这些元素的钒原料完全溶解形成电解液后，其对应杂质离子含量应满足：包含下述1)—5)中任一种或一种以上副族元素，当各元素单独存在时，应满足：

1)VIB副族：包括Cr、W、Mo，且其中Mo≤20，Cr≤50，W≤50，Cr+W+Mo≤120；

2)VIIB副族：包括Mn、Tc、Re，且其中任一元素≤66，Mn+Tc+Re≤200；

3)IVB副族：包括Ti、Zr，且其中任一元素≤25，Ti+Zr≤50；

4)VIII副族：包括Fe、Co、Ni，且其中，Ni≤20，Fe≤100，Co≤100，Fe+Co+Ni≤220；

5)IB副族：包括Cu、Ag、Au，且其中任一元素≤30，Cu+Ag+Au≤100；

以上浓度单位为：mg/L·m³/m²——离子浓度(mg/L)×电解液量(m³)/电极面积；

电解液体系为硫酸体系电解液、HCl体系电解液参数中任一种及其混合酸体系电解液。

2.根据权利要求1所述的一种用于全钒液流电池电解液的配方，其特征是，电解液体系要求如下：

(1)硫酸体系电解液参数：游离硫酸浓度为1mol/L以上，4mol/L以下，钒离子浓度为1mol/L以上，3mol/L以下；

(2)HCl体系电解液参数：游离盐酸浓度为5mol/L以上，11mol/L以下，钒离子浓度为2mol/L以上，4mol/L以下；

(3)混合酸体系电解液参数：游离盐酸浓度为5mol/L以上，11mol/L以下，钒离子浓度为2mol/L以上，4mol/L以下，游离硫酸浓度0.1mol/L以上，3mol/L以下。

3.根据权利要求1所述的一种用于全钒液流电池电解液的配方，其特征是，VIB副族与VIIB副族元素同时存在时，应满足以下要求：Cr+W+Mo+Mn+Tc+Re≤250，且其中Mo≤15，其余任一元素≤45。

4.根据权利要求1所述的一种用于全钒液流电池电解液的配方，其特征是，VIB副族、VIIB副族与VIII副族元素同时存在时，应满足以下要求：Cr+W+Mo+Mn+Tc+Re+Fe+Co+Ni≤350，且其中Mo≤15，Ni≤15，其余任一元素≤45。

5.根据权利要求1所述的一种用于全钒液流电池电解液的配方，其特征是，IVB副族与IB副族元素同时存在时，应满足以下要求：Ti+Zr+Cu+Ag+Au≤120，且其中任一元素≤20。

6.根据权利要求1配方制作全钒液流电池电解液的工艺，其特征是，制备工艺采用煅烧还原+电解法、化学还原+电解法中任一种。

7.如权利要求6所述的工艺，其特征是，所述煅烧还原+电解法具体步骤如下：

1)选择钒纯度为95％的原料；

2)原料偏钒酸铵加入反应炉中，加入还原物质NH₃在高温500-900℃煅烧，进行还原反应，其产物为V₂O₄粉末、水、氮气，将炉内反应物料降温至50℃以下后，对反应产物进行第一次洗涤与过滤，过滤掉不溶性泥沙或洗去部分可溶性盐类；

3)V₂O₄粉末加入含有浓度10-15wt％的硫酸或浓度20-25wt％的盐酸的防酸反应釜中混合，通过加热、搅拌进行反应约30分钟，进行第二次过滤后制备成含有硫酸浓度10wt％的VOSO₄或浓度25-30wt％VOCl₂盐酸水溶液；

4)将配制好的4价或大于3.5价的电解液打入电解系统的负极储罐，设置电解电流80mA/cm²进行电解还原，得到价态为3.5价的硫酸或盐酸类电解液成品。

8.如权利要求6所述的工艺，其特征是，所述化学还原+电解法具体步骤如下：

当钒原料为粉末状V₂O₅时，选择钒纯度为95％的原料；

1)根据成品中钒浓度要求，向V₂O₅物料中加入浓度为10-15wt％的硫酸或20-25wt％盐酸先搅拌使其部分溶解，搅拌60分钟；

2)根据使VO₂⁺完全还原为VO²⁺所需的还原剂用量，计算加入还原剂，使步骤1)中部分溶解后的VO₂⁺还原，并最终促进V₂O₅全部溶解并还原为VO²⁺；

3)通过过滤，除去不溶物后，将还原为VO²⁺溶液，通入电解系统的阴极储罐进行电解还原，根据电解系统电极面积，设置电解电流密度为80mA/cm²，直至负极电解液达到3.5价；

4)再次过滤除去溶液中的不溶性杂质得到硫酸或盐酸类电解液成品。