[发明专利]一种基于固态电解质隔膜材料的电解装置及利用该电解装置制钠的方法

说明书

一种基于固态电解质隔膜材料的电解装置及利用该电解装置制钠的方法，涉及一种固态电解质隔膜材料电解制钠的装置。本发明的目的是要解决传统制钠方法电解效率低、杂质含量高和污染环境，β‑Al₂O₃隔膜电解法采用的电解质材料离子电导率低、耗能高和合成设备要求高以及常规电解质材料存在严重的钠沉积现象的问题。方法：电解反应生成的氯气进入到储氯器内，电解反应生成的熔融金属钠进入到金属钠收集器，熔融金属钠冷却成固态金属钠；当金属钠收集器内充满固态金属钠后，关闭导钠管阀门，打开保护气体出入气管阀门，通入保护气体，再对固态金属钠进行收集。本发明可获得一种基于固态电解质隔膜材料的电解装置及利用该电解装置制钠的方法。

技术领域

本发明涉及一种固态电解质隔膜材料电解制钠的装置。

背景技术

钠是一种应用非常广泛的碱金属元素，在地壳中的储量颇丰，其在能源、化工、医药、染料和国防军工等领域占据着极其重要的地位，具有非常高的工业价值。近些年，固态锂电池的极速发展带动了衍生的固态钠电池的研究，作为固态电池负极部分不可或缺的电极材料，金属钠拥有其他电极材料难以比拟的优势，当电池负极使用钠金属时，其理论容量高达1166mAhg^-1，是目前锂离子电池石墨电极理论容量的近三倍。因此，在储能领域和光电领域对于高纯度金属钠的需求逐年攀升。

目前金属钠的制备手段主要有以下几种：食盐熔融电解、烧碱熔融电解、电解钠汞齐和β－Al₂O₃隔膜电解。食盐熔融电解制钠工艺称为Downs法，原材料为精制盐，产物主要是钠金属以及氯气，Downs电解槽通过使用多个阴极合并组成的电解单元，与导电铝排相连，石墨作为电极，电解单元上部的收集器将产物钠金属及氯气分别保存，两电极间安置有防止金属钠和氯气再次接触的铁制隔膜。由于氯化钠的熔点高达801℃，电解反应消耗所需的能量巨大，且对电解装置的要求也高，所以通常会采用二元或三元共熔物来降低电解反应的温度，以达到节约能耗满足设备要求的目的。但是降低设备要求的同时也引入了杂质，使得后续还要进行产物的纯化，且引入共熔物降低熔融的温度有限(约为570℃)，电解效率大约在80％左右。

烧碱熔融电解的工艺称为Castner法，原材料为氢氧化钠，产物主要是钠金属、氧气和水，阴极一般为铁制电极，阳极一般为镍制电极，两电极之间安置有分离电解产物的镍网，电解质采用的是碳酸钠以及氢氧化钠组成的二元混合物，电解得到产物粗钠需要进行精制，成型后得到产品钠。Castner法所需的电解温度在330℃左右，对设备要求低，但其电解效率只有50％左右。

电解钠汞齐制金属钠，钠汞齐作为阳极，阴极采用多孔铁片，电解液为饱和氢气的NaI、NaOH、NaCN，电解时多孔铁片上浮出金属钠。电解钠汞齐法制钠所需的工作温度在220℃左右，对设备要求低，其电解效率高达95％，但该法工作过程所产生的汞蒸汽对作业人员有害且污染环境。