一種電解反應裝置及其制備釩電池電解液的方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及液流電池的制造領域，特別是液流電池釩電解液的生產設備和方法。【背景技術】
[0002] 全釩氧化還原液流電池(簡稱釩電池）是一種以釩離子溶液為活性物質和電解液 的液流電池。釩電解液是整個電池的核心，其生產技術和生產成本制約著釩電池的發展和 應用。一般的，釩電池電解液分為正極電解液和負極電解液，其中正極電解液由V5+和V4+組 成，負極電解液由v3+和V2+構成。由于在自然界中釩通常以+5價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化學或電化學方法 進行還原，來得到V4+、V3+和V2+。
[0003] 近年來，研究者開始采用電解方法將V5+進行電化學還原制備低價態釩電解液，這 種方法不需要高溫和有毒氣體參與反應，操作簡便而且環保。已有的電解制備方法一般采 用單一電解池，即電解池內兩側裝有一對電極，中間的隔膜把電解池分隔成正、負極室，將 硫酸和五氧化二釩或釩酸銨的混合物置于負極室，正極室通常注入與負極室溶液具有相同 離子強度的硫酸鈉或硫酸鎂的硫酸溶液，外電路接通后，負極室中的V5+就被還原成V4+、V3+ 或v2+。
[0004] 這種單一電解池雖然結構簡單，便于操作，但也同樣存在一些缺陷：首先，為增大 反應空間以增大產量，其正負極距離通常較大，這樣會導致電解過程中電化學反應極化增 大，電流效率降低，從而造成電能浪費，反應時間增長；其次，單一電解池只有一個反應容 器，加料后必須等待反應完全方可獲得產品，這種間斷式生產過程的生產周期受反應時間 控制，反應時間增長，其生產周期也會增長，這樣會造成時間浪費；再次，由于V5+會被還原 成V4+、V3+或V2+，采用單一電解池制備電解液，產品的釩離子價態難以控制，且V2+極易被氧 化。

【發明內容】

[0005] 本發明要解決的技術問題是：單一電解池生產效率低、生產周期長，電能和時間的 浪費問題。
[0006] 本發明的目的是，提供了一種由多個電解池組成電解反應裝置，以及利用此裝置 制備釩電池電解液的方法，以提高電解反應效率，縮短生產周期，方便有效地控制產品電解 液中釩離子價態。為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下： 一種電解反應裝置，包括電解池組、加料反應容器、沉降池、輸液管路和泵，其特征在 于，還包括一個檢測儀和數據傳送裝置；所述的檢測儀安裝于所述的加料反應容器內且和 所述數據傳送裝置連接，并通過所述的數據傳送裝置顯示信息并發送信息到控制中心；所 述的電解池組分別設置有陰極進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；所述的加料反應容器包括進液口、進液口及出液口，所述的其中一個進液口可拆卸地連 接蓋件，所述的另一個進液口通過輸液管路連接所所述的電解池組的陰極出液口；所述的 沉降池設置有進液口、上出液口、下出液口，所述的進液口和所述加料反應容器的出液口通 過輸液管路連接，所述的上出液口和所述的電解池組的陰極進液口通過輸液管路相連，所 述的下出液口和所述的加料反應容器的進液口通過輸液管路相連；所述的泵連接所述的加 料反應容器，所述的泵連接有外接電源。
[0007] 進一步地，所述的數據傳送裝置包括一個顯示屏和無線網絡收發裝置。
[0008] 進一步地，所述的加料反應容器內安裝有攪拌器。
[0009] 進一步地，電解池組由2個或2個以上對稱電解池模塊串聯而成，每個模塊包括電 解池框、電極板、隔膜，其中處于電解池最外側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，多個電解池模塊通過壓濾機方式組裝成電解池組。
[0010] 進一步地，電極板材質可以用石墨板、導電塑料、鈦或鈦合金制備而成，其中進行 陽極反應的一面一般要涂覆催化劑涂層，包括鉬、銠、銥、鈀，或這些金屬彌散在導電的氧化 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容器，經攪拌使部分 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+溶液返回加料反應釜再與一定計量的V205混合反應形成由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 池組進行電解反應，電解池組出口得到的部分V3+溶液，再送入加料反應容器與一定計量的 V205混合反應，從而形成一個連續循環的電解反應流程。
[0012] (3)檢測儀檢測加料反應容器里面V205和硫酸溶液的濃度，通過數據傳送裝置的 顯示屏顯示，并通過數據傳送裝置的無線網絡收發裝置傳送回監控中心。
[0013] 進一步地，電解液在每個電解池中的流速為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 極電解液為含有支持電解質的水溶液，支持電解質為硫酸、硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鎂的至少 一種，濃度為〇? 5molL^emolL1 ;陽極電解液在電解池組陽極室處于靜止狀態，定期要向陽 極室中補加水。
[0014] 進一步地，加料反應容器中的攪拌器轉速為100轉min卜1000轉min1 ;加入的V205 是通過研磨并/或過濾得到的粒度不超過50ym的粉末；V205的加入量應足夠多，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] 本發明的有益效果是：（1)利用電解池組，直接以V205作為原料，連續制備特定組 成的釩電池電解液，本發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，縮 短了生產周期； (2)可以方便有效地控制產品電解液中釩離子價態，從而簡化了電解液后續處理工序， 降低了生產成本；同時，不使用有害物質作為反應物，從而減少了環境污染；有益于規模化 生產； (3 )節省人力成本，避免人工查看檢測電解池中的電解液濃度和原料比例，系統自動檢 測，并提醒作業人員該添加原料了。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發明的電解反應裝置結構示意圖； 圖2是電解液制備流程意圖； 1.電解池組2.直流電源3.儲罐4.攪拌器5.泵6.閥門7.加料反應容器 8.數據傳送裝置9.檢測儀。
【具體實施方式】
[0018] 實施例1 : 采用本發明所述的電解反應裝置，其中電解池組由11個電解池模塊組成，陰陽極板尺 寸都是800mmX550mm，電解池模塊中陰陽極板間距為20mm，陰極板為純石墨板，陽極板為 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