[发明专利]一种化学与电化学结合制钒液流电池电解液的方法

权利要求书

1.一种化学与电化学结合制钒液流电池电解液的方法，其特征在于该方法操作步骤如下：

(1)采用钒矿渣浸出液或含可溶性钒酸盐的固体或溶液作为原料，调pH值为碱性，加入除杂剂，使钒酸盐溶液中含量较高难去除的杂质形成沉淀，过滤去除；

(2)将步骤(1)所得的经初步除杂的钒酸盐溶液调pH值至4～6，加入沉钒剂-硫酸铵、醋酸铵、氯化铵或氢氧化铵溶液，沉钒剂与钒的物质的摩尔比为1∶1～4∶1，进行沉钒反应，沉淀反应温度为90～100℃，反应时间为0.5～3小时，形成钒酸铵晶体沉淀，去除大部分杂质；

(3)将步骤(2)中得到的钒酸铵沉淀物放入纯净水中，搅拌加热至80℃，同时加入氨水调pH值为8～10，充分搅拌2小时后，静止冷却，过滤，得到一级纯化的钒酸铵；

(4)重复步骤(3)，则可得到多级纯化的钒酸铵；

(5)将步骤(4)得到的钒酸铵在400～650℃进行煅烧，时间为0.5～5小时，得到高纯的五氧化二钒；

(6)在硫酸介质中，用可溶性还原剂将步骤(2)所得到高纯的五氧化二钒还原为四价钒溶液，得到用于全钒液流电池的正极电解液；

(7)将等体积的四价钒溶液置于电解池组的阴/阳极进行恒压电解，阴极得到用于全钒液流电池负极的三价钒电解液；阳极得到的五价钒溶液中加入可溶性还原剂，即转化为四价钒溶液；将等体积等浓度的三价钒溶液和四价钒溶液混合，即得到全钒液流电池正、负极皆用的3.5价钒电解液。

2.根据权利要求1所述的化学与电化学结合制钒液流电池电解液的方法，其特征在于所述的钒矿渣浸出液或可溶性钒酸盐为钒酸、偏钒酸、焦钒酸的碱金属盐或它们的混合物，浓度为0.5～50g/L；除杂剂为铝盐、镁盐和钙盐，在pH值为8～9时，去除钒酸盐溶液中的硅酸根、铬酸根、磷酸根阴离子；pH为10～12时，用除杂剂-碳酸盐和硫化物去除钒酸盐溶液中的金属阳离子。

3.根据权利要求1所述的化学与电化学结合制钒液流电池电解液的方法，其特征在于：除杂剂铝盐与原料液中硅酸根的物质的摩尔比为1∶1～1.5∶1；除杂剂镁盐与原料液中铬酸根的物质的摩尔比为1∶1～1.5∶1；除杂剂钙盐与原料液中磷酸根的物质的摩尔比为0.9∶1～1.5∶1。除杂剂碳酸盐与原料液中Ca或Mg离子的物质的摩尔比为0.9∶1～1.5∶1；除杂剂硫化物与原料液中Ca或Cd离子的物质的摩尔比为0.8∶1～1.2∶1。

4.根据权利要求1所述的化学与电化学结合制钒液流电池电解液的方法，其特征在于可溶性还原剂为肼、硫酸肼、苯肼、硫酸苯肼、羟铵、硫酸羟胺、联胺、硫酸联胺或它们的混合物。

5.根据权利要求1所述的化学与电化学结合制钒液流电池电解液的方法，其特征在于可溶性还原剂与钒酸盐或五价钒氧化物的摩尔比例为可溶性还原剂失电子的摩尔数：五价钒的摩尔数是可溶性还原剂可变价数倒数的1～8倍。

6.根据权利要求1所述的化学与电化学结合制钒液流电池电解液的方法，其特征在于步骤(7)中所用的电解装置包括电解池组、阴极储液罐、阳极储液罐、液体输送管路和泵，电解池组为1个以上的电解池组成，电解池数量根据电解制备钒电解液的日产量而定，阴极储液罐经泵通过液体输送管路与电解池组的阴极相连；阳极储液罐经泵通过液体输送管路与电解池组的阳极相连；电解池的集流板为防渗液致密的石墨板或导电聚合物与石墨的复合板，阴极和阳极材料为多孔碳毡、多孔石墨毡或多孔碳纤维；阴/阳极间的隔膜为阳离子交换膜、阴离子交换膜或阴/阳离子交换复合膜。

7.根据权利要求1所述的化学与电化学结合制钒液流电池电解液的方法，其特征在于电解参数为：恒压电解方式，阴/阳电极之间的电压为1.7V；通过检测电流控制电解终点，终点电流为10～80mA。

8.根据权利要求1所述的化学与电化学结合制钒液流电池电解液的方法，其特征在于：钒电解液中除钒元素和钾、钠以外，电解液中的其他金属杂质离子含量均在10ppm以下。