[发明专利]液流电池电解液的纯化方法和纯化装置

说明书

本发明涉及一种液流电池电解液的纯化方法和纯化装置。本发明的液流电池电解液的纯化方法可以简单有效地选择性除去有害的金属离子，避免了有害的副反应并且大大降低了电解液的生产成本，极大拓宽了初始原料的选择范围，具有极高的实际应用价值。并且，本发明的电解液的纯化装置可与制备待纯化电解液的装置相连，由低纯度原料一次性得到高纯度电解液。

技术领域

本发明涉及液流电池电解液的纯化方法和纯化装置，特别是纯化全钒液流电池电解液的方法和装置。

背景技术

液流电池技术有大规模储能的天然优势：储电量的大小与电解液体积成线性正比，充放电功率由电堆尺寸及数量决定，所以能按照需求，设计出从kW到MW级别不同的充放电功率，可持续放电1小时到数天的不同储能体量的液流电池。基于常用无机酸，无机盐的电解液化学成分稳定，储存方便，对环境影响小，自放电系数极低，适合长期的电能储存。电池反应温度为常温常压，电解液流动过程是自然的水基循环散热系统，安全性能极高，事故影响远低于其他大型储能方案。由于其稳定可靠的充放电循环，理论充放电次数没有上限。

根据液流电池的工作原理，电池充电过程中，电能经由电堆转化为化学能，而化学能是储存在电解液中。由于电解液在充放电过程中发生的电化学反应，对溶液中的杂质，尤其是金属离子杂质十分敏感。大部分贵金属元素，比如银，金，铂等，即使在很低的浓度下，也会催化液流电池的副反应，产生大量危险气体，使电解液很快失效。因此保证电解液的纯度，除去有效离子之外的贵金属离子杂质，是电解液制备过程中十分重要的一个环节。

现有的主流全钒电解液的初始原料制备方法是通过传统的加入分析纯铝盐、钠盐、钙盐等，进行沉钒、过滤、除杂等一系列工艺，除去含量相对较高的Fe、Al、Si、Na、K、Cr等元素，从而制得高纯度五氧化二钒或硫酸氧钒等初始原料。

引用文献1涉及一种高纯度高浓度钒电解液的制备方法，其采用了钒厂生产的合格钒为原料，经过除杂、沉钒、还原、萃取、除油几个步骤，经过四步除杂、一步还原的过程，有效去除了电解液中的杂质，得到浓度为1～4M的高纯度、高浓度的全钒液流电池的硫酸氧钒电解液。

引用文献2提供了一种制备高纯度钒氧化物的方法，其通过对钒氧化物粗品进行重溶、三次过滤、两次除杂、沉钒、过滤、洗涤、烘干、煅烧而得到高纯度钒氧化物。通过该方法制得的除氧化钒之外的其它杂质(例如Cr、Si、Fe、Al、K、Na)含量不超过10ppm的高纯度钒氧化物。

引用文献3公开了用硫酸转型后的阴离子交换树脂吸附富集传统钒渣提钒或石煤提钒过程中浸出液中的五价钒后，或用硫酸转型后的萃取剂萃取富集浸出液中的五价钒后，直接用还原剂还原解吸或还原反萃五价钒，从而得到钒电池电解液的方法。

引用文献4公开了一种通过加入还原剂并进行多级逆流萃取和多级逆流反萃取来提纯硫酸氧钒溶液的方法，其主要针对三价铁杂质离子。

引用文献5公开了一种通过电解除去杂质铬离子的方法，其针对的是铬杂质超标的电解液。

虽然上述引用文献1和2中能够制得相对高纯度的钒电解液，但是其过程繁琐，而且对于含量较低的贵金属杂质元素，通过上述方法可能难以去除。引用文献3中采用离子交换树脂富集五价钒然后还原来制备钒电解液，该方法虽然省去了传统工艺中的除杂、沉钒等繁琐的过程，但是原料中的其它金属阳离子也会被离子交换树脂吸附而混入钒电解液中，而该文献中对此没有提及。引用文献4和5公开的方法仅针对特定的杂质离子，难以一次性除去多种金属离子。

因此，目前仍需要操作简单、成本较低且能够一次性去除多种金属离子，尤其是以较为简单的方式除去贵金属离子的纯化电解液的方法。

引用文献列表

引用文献1：CN103515642A

引用文献2：CN103482702A