一種電解反應(yīng)裝置及其制備釩電池電解液的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及液流電池的制造領(lǐng)域，特別是液流電池釩電解液的生產(chǎn)設(shè)備和方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002] 全釩氧化還原液流電池(簡(jiǎn)稱釩電池）是一種以釩離子溶液為活性物質(zhì)和電解液 的液流電池。釩電解液是整個(gè)電池的核心，其生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)成本制約著釩電池的發(fā)展和 應(yīng)用。一般的，釩電池電解液分為正極電解液和負(fù)極電解液，其中正極電解液由V5+和V4+組 成，負(fù)極電解液由v3+和V2+構(gòu)成。由于在自然界中釩通常以+5價(jià)的五氧化二釩或釩酸銨的 形式存在，因此釩電解液的制備方法通常是將五氧化二釩或釩酸銨通過(guò)化學(xué)或電化學(xué)方法 進(jìn)行還原，來(lái)得到V4+、V3+和V2+。
[0003] 近年來(lái)，研究者開(kāi)始采用電解方法將V5+進(jìn)行電化學(xué)還原制備低價(jià)態(tài)釩電解液，這 種方法不需要高溫和有毒氣體參與反應(yīng)，操作簡(jiǎn)便而且環(huán)保。已有的電解制備方法一般采 用單一電解池，即電解池內(nèi)兩側(cè)裝有一對(duì)電極，中間的隔膜把電解池分隔成正、負(fù)極室，將 硫酸和五氧化二釩或釩酸銨的混合物置于負(fù)極室，正極室通常注入與負(fù)極室溶液具有相同 離子強(qiáng)度的硫酸鈉或硫酸鎂的硫酸溶液，外電路接通后，負(fù)極室中的V5+就被還原成V4+、V3+ 或v2+。
[0004] 這種單一電解池雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于操作，但也同樣存在一些缺陷：首先，為增大 反應(yīng)空間以增大產(chǎn)量，其正負(fù)極距離通常較大，這樣會(huì)導(dǎo)致電解過(guò)程中電化學(xué)反應(yīng)極化增 大，電流效率降低，從而造成電能浪費(fèi)，反應(yīng)時(shí)間增長(zhǎng)；其次，單一電解池只有一個(gè)反應(yīng)容 器，加料后必須等待反應(yīng)完全方可獲得產(chǎn)品，這種間斷式生產(chǎn)過(guò)程的生產(chǎn)周期受反應(yīng)時(shí)間 控制，反應(yīng)時(shí)間增長(zhǎng)，其生產(chǎn)周期也會(huì)增長(zhǎng)，這樣會(huì)造成時(shí)間浪費(fèi)；再次，由于V5+會(huì)被還原 成V4+、V3+或V2+，采用單一電解池制備電解液，產(chǎn)品的釩離子價(jià)態(tài)難以控制，且V2+極易被氧 化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：?jiǎn)我浑娊獬厣a(chǎn)效率低、生產(chǎn)周期長(zhǎng)，電能和時(shí)間的 浪費(fèi)問(wèn)題。
[0006] 本發(fā)明的目的是，提供了一種由多個(gè)電解池組成電解反應(yīng)裝置，以及利用此裝置 制備釩電池電解液的方法，以提高電解反應(yīng)效率，縮短生產(chǎn)周期，方便有效地控制產(chǎn)品電解 液中釩離子價(jià)態(tài)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下： 一種電解反應(yīng)裝置，包括電解池組、加料反應(yīng)容器、沉降池、輸液管路和泵，其特征在 于，還包括一個(gè)檢測(cè)儀和數(shù)據(jù)傳送裝置；所述的檢測(cè)儀安裝于所述的加料反應(yīng)容器內(nèi)且和 所述數(shù)據(jù)傳送裝置連接，并通過(guò)所述的數(shù)據(jù)傳送裝置顯示信息并發(fā)送信息到控制中心；所 述的電解池組分別設(shè)置有陰極進(jìn)液口和陰極出液口和出液口，所述的電解池組連接直流電 源；所述的加料反應(yīng)容器包括進(jìn)液口、進(jìn)液口及出液口，所述的其中一個(gè)進(jìn)液口可拆卸地連 接蓋件，所述的另一個(gè)進(jìn)液口通過(guò)輸液管路連接所所述的電解池組的陰極出液口；所述的 沉降池設(shè)置有進(jìn)液口、上出液口、下出液口，所述的進(jìn)液口和所述加料反應(yīng)容器的出液口通 過(guò)輸液管路連接，所述的上出液口和所述的電解池組的陰極進(jìn)液口通過(guò)輸液管路相連，所 述的下出液口和所述的加料反應(yīng)容器的進(jìn)液口通過(guò)輸液管路相連；所述的泵連接所述的加 料反應(yīng)容器，所述的泵連接有外接電源。
[0007] 進(jìn)一步地，所述的數(shù)據(jù)傳送裝置包括一個(gè)顯示屏和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)收發(fā)裝置。
[0008] 進(jìn)一步地，所述的加料反應(yīng)容器內(nèi)安裝有攪拌器。
[0009] 進(jìn)一步地，電解池組由2個(gè)或2個(gè)以上對(duì)稱電解池模塊串聯(lián)而成，每個(gè)模塊包括電 解池框、電極板、隔膜，其中處于電解池最外側(cè)的電極板為單電極板，處于電解池組中間的 電極板為雙極板，多個(gè)電解池模塊通過(guò)壓濾機(jī)方式組裝成電解池組。
[0010] 進(jìn)一步地，電極板材質(zhì)可以用石墨板、導(dǎo)電塑料、鈦或鈦合金制備而成，其中進(jìn)行 陽(yáng)極反應(yīng)的一面一般要涂覆催化劑涂層，包括鉬、銠、銥、鈀，或這些金屬?gòu)浬⒃趯?dǎo)電的氧化 物基體中；電解池框可用PVC、PP或PE制成；隔膜可以采用PP氈、微孔玻璃纖維膜、超分子 微孔PE膜或Nafion膜。
[0011] -種利用上述電解反應(yīng)裝置制備釩電池電解液的方法，包括如下步驟： (1) 將V205和濃度為0? 5molL1的硫酸溶液加入加料反應(yīng)容器，經(jīng)攪拌使部分 V5+溶解形成懸濁液，送入沉降池使未溶解的V205沉淀，沉降池上層含有V5+的澄清液體由泵 送入電解池組的陰極室，下層沉淀由泵送回加料反應(yīng)容器； (2) 電解池組與外接電源相連，V5+在電解池組的陰極室被還原，從電解池組出口得到 V3+溶液，部分V3+溶液返回加料反應(yīng)釜再與一定計(jì)量的V205混合反應(yīng)形成由V4+溶液和V205 固體組成的懸濁液，懸濁液送入沉降池使V205沉淀，上層含有V4+的澄清液體由泵送入電解 池組進(jìn)行電解反應(yīng)，電解池組出口得到的部分V3+溶液，再送入加料反應(yīng)容器與一定計(jì)量的 V205混合反應(yīng)，從而形成一個(gè)連續(xù)循環(huán)的電解反應(yīng)流程。
[0012] (3)檢測(cè)儀檢測(cè)加料反應(yīng)容器里面V205和硫酸溶液的濃度，通過(guò)數(shù)據(jù)傳送裝置的 顯示屏顯示，并通過(guò)數(shù)據(jù)傳送裝置的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)收發(fā)裝置傳送回監(jiān)控中心。
[0013] 進(jìn)一步地，電解液在每個(gè)電解池中的流速為0. 5cms^lOcms\施加于電解池組的 直流電流為10A~1000A，施加于電解池組的電流密度為100Am2~2000Am2 ;電解池組中的陽(yáng) 極電解液為含有支持電解質(zhì)的水溶液，支持電解質(zhì)為硫酸、硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鎂的至少 一種，濃度為〇? 5molL^emolL1 ;陽(yáng)極電解液在電解池組陽(yáng)極室處于靜止?fàn)顟B(tài)，定期要向陽(yáng) 極室中補(bǔ)加水。
[0014] 進(jìn)一步地，加料反應(yīng)容器中的攪拌器轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)min卜1000轉(zhuǎn)min1 ;加入的V205 是通過(guò)研磨并/或過(guò)濾得到的粒度不超過(guò)50ym的粉末；V205的加入量應(yīng)足夠多，以保證與 電解池組陰極出口流出的V3+溶液混合后形成懸濁液。
[0015] 進(jìn)一步地，所述的電解池組出液口（13)得到純V3+電解液、沉降池上端出液口 (32)得到純V4+電解液、電解池組中陰極出液口（12)得到V3+:V4+=1:1的電解液，其濃度為 0? 5molLImolL\
[0016] 本發(fā)明的有益效果是：（1)利用電解池組，直接以V205作為原料，連續(xù)制備特定組 成的釩電池電解液，本發(fā)明提高了電解制備釩電池電解液的工作效率，減少了電能浪費(fèi)，縮 短了生產(chǎn)周期； (2)可以方便有效地控制產(chǎn)品電解液中釩離子價(jià)態(tài)，從而簡(jiǎn)化了電解液后續(xù)處理工序， 降低了生產(chǎn)成本；同時(shí)，不使用有害物質(zhì)作為反應(yīng)物，從而減少了環(huán)境污染；有益于規(guī)?；?生產(chǎn)； (3 )節(jié)省人力成本，避免人工查看檢測(cè)電解池中的電解液濃度和原料比例，系統(tǒng)自動(dòng)檢 測(cè)，并提醒作業(yè)人員該添加原料了。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1是本發(fā)明的電解反應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是電解液制備流程意圖； 1.電解池組2.直流電源3.儲(chǔ)罐4.攪拌器5.泵6.閥門7.加料反應(yīng)容器 8.數(shù)據(jù)傳送裝置9.檢測(cè)儀。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 實(shí)施例1 : 采用本發(fā)明所述的電解反應(yīng)裝置，其中電解池組由11個(gè)電解池模塊組成，陰陽(yáng)極板尺 寸都是800mmX550mm，電解池模塊中陰陽(yáng)極板間距為20mm，陰極板為純石墨板，陽(yáng)極板為 有銥涂層的鈦合金板，厚度為1. 5mm的超分子微孔PE膜作為電解池