[发明专利]一种硫酸氧钒晶体的制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明属于钒电池技术领域，涉及一种硫酸氧钒晶体的制备方法及其用途，尤其涉及一种直接还原制备高纯硫酸氧钒晶体的方法及其用途。

背景技术

全钒液流储能系统因具有无污染、长寿命、高能量效率和维护简单等优点，使其在太阳能、风能储存和并网、电网调峰、偏远地区供电系统以及不间断电源等领域具有巨大的应用前景。与其它储能技术相比，全钒氧化还原液流储能系统具有低成本、高效率、可深度放电能力、清洁和高效等独特的优势。目前，它已成为最具有应用前景的储能技术之一。钒电池主要由三部分组成：电极材料、电池隔膜、电解液，其中电解液是钒电池的核心。

现有钒电解液的制备技术虽然多种多样，但大多以V₂O₅或V₂O₃为原料，采用化学法或电化学电解法，亦或两者结合制备钒电解液。钒电解液一般以硫酸氧钒或者其他价态的钒酸溶液形式存在，此溶液一般显强酸性，运输和包装较为麻烦，间接导致钒电解液的成本增加。

CN 104310475A公开了一种制备硫酸氧钒溶液的方法，所述方法将五氧化二钒加入到3～5M的硫酸溶液中搅拌然后加入还原剂，经过滤和蒸发结晶得到硫酸氧钒晶体。

CN 104310476A公开了一种制造硫酸氧钒的方法，该方法通过离子交换树脂选择性吸附钒溶液中的钒，再经还原解吸直接制备高纯硫酸氧钒溶液，然后将硫酸氧钒溶液浓缩得硫酸氧钒晶体。

CN 103626230A公开了一种制备硫酸氧钒的方法，该方法将五氧化二钒溶解在草酸溶液中，然后加入硫酸搅拌后焙烧，得到硫酸氧钒粉末。

然而上述钒电解液的制备方法中还存在一些问题，主要表现在：

(1)反应工艺繁琐：上述反应过程中，需首先制备成硫酸氧钒溶液，然后再经蒸发结晶得到硫酸氧钒晶体或者粉末，提高了制备成本。

(2)反应杂质高：上述反应过程中，没有将原料五氧化二钒和硫酸去杂质纯化，且步骤繁多，增加了硫酸氧钒的接触试剂和容器的次数，易引进杂质。

因此，如何选择短流程工艺条件制备高纯硫酸氧钒晶体，是现有商用钒电解液制备方法面临的一个难题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种直接还原制备高纯硫酸氧钒晶体的方法及其用途，所述方法以高纯(纯度≥99.5wt％)五氧化二钒和浓硫酸(浓度≥98wt％)为原料，采用直接还原的方法制得高纯(纯度为>99wt％)硫酸氧钒晶体，整个工艺过程不需要进行蒸发结晶处理，操作简单，反应条件温和，成本低，并且采用该高纯(纯度为>99wt％)硫酸氧钒晶体制得的硫酸氧钒电解液中杂质离子含量低，均在10ppm以下。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种硫酸氧钒晶体的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将五氧化二钒和浓度为15～20mol/L的硫酸加入反应釜中混合均匀；

(2)将盛有五氧化二钒和浓度为15～20mol/L的硫酸的反应釜置于密闭反应器中，并向密闭反应器中通入还原性气体，升温进行还原反应；

(3)还原反应结束后，将反应釜取出，得到硫酸氧钒晶体。

其中，所用浓度为15～20mol/L的硫酸为优级纯浓硫酸，其浓度可为15mol/L、16mol/L、17mol/L、18mol/L、19mol/L或20mol/L等，但并不仅限于所列举的数值，所列范围内其他数值均可行。

以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。

作为本发明优选的技术方案，步骤(1)中所述五氧化二钒的纯度≥99.5wt％，例如99.5wt％、99.6wt％、99.7wt％、99.8wt％或99.9wt％等，但并不仅限于所列举的数值，所列范围内其他数值均可行。

优选地，步骤(1)中所述硫酸的浓度为18mol/L。

优选地，步骤(1)中五氧化二钒和浓度≥98wt％的硫酸的摩尔比为1:(1.0～3.5)，例如1:1.0、1:1.3、1:1.4、1:1.6、1:1.8、1:2.0、1:2.3、1:2.5、1:2.7、1:3.0、1:3.3或1:3.5等，但并不仅限于所列举的数值，所列范围内其他数值均可行，进一步优选为1:(1.4～2.0)。