铁铬电解液的纯化方法及由此获得的铁铬电解液技术

本发明专利技术涉及铁铬电解液的纯化方法及由此获得的铁铬电解液。本发明专利技术的铁铬电解液的纯化方法可以简单有效地除去有害的金属离子，避免了析氢副反应，并且大大降低了电解液的生产成本，具有极高的实际应用价值。具有极高的实际应用价值。

【技术实现步骤摘要】
铁铬电解液的纯化方法及由此获得的铁铬电解液


[0001]本专利技术涉及液流电池电解液的纯化方法，特别是纯化铁铬电解液的方法，以及由此获得的铁铬电解液。

技术介绍

[0002]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。
[0003]在液流电池中，铁
‑
铬液流电池由于铁铬资源丰富、成本低廉、循环次数多、寿命长、毒性和腐蚀性低、易于模块化设计等原因而受到关注。
[0004]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。为了降低成本，期望使用价格低廉的工业纯度的原料。但是，使用工业纯度的原料制备的电解液在充放电过程中，其中的部分金属离子杂质如银、金、铂、镍、铜等会导致液流电池的副反应如析氢反应，产生大量危险气体，使电解液很快失效。
[0005]另外，虽然出于多种目的而有针对性的采用了不同的方法制备铁铬液流电池的电解液，但由于来自于原料、工艺加工过程中的其他金属杂质离子的与进入，因此，在实际使用这样的电解液时仍然存在经时发生的析氢问题。

技术实现思路

[0006]专利技术要解决的问题在专利技术人长期的实践中一方面尽管尝试不同的电解液的制备方法，但主要来自于原料的金属离子杂质仍然可能是无法避免的。并且，另一方面，即使尝试了使用一些纯化手段，但也发现，由于铁铬液流电池电解液组成上本身比较复杂，并且作为杂质的金属离子的存在状况也各式各样，因此，基于传统的离子分离手法效率不高且容易导致大量的铁、铬离子的不必要的损失。
[0007]进一步，已知的是，本专利技术的专利技术人已经对全钒液流电池电解液的纯化进行了研究(参见CN110858655A)。在该方案中，专利技术人通过用金属汞作为阴极对含有不易除去的杂质金属离子如银、金、铂、镍、铜、锡、锌等进行了纯化，使得钒电解液中这些金属离子杂质的总含量为10ppm左右，甚至为1ppm左右，从而获得了纯化非常高的钒电解液，并由此极大地减少了全钒液流电池中的析氢副反应。
[0008]基于上述思路，专利技术人继续期望，在铁铬液流电池的情况下，借用上述纯化方法将金属离子杂质进行去除。然而，令人困惑的是，已经发现，即使调整了电极电位并采用了与上述方法基本等同的纯化手段、达到了基本等同的纯化效果，然而，得到的电解液在实际使
用时也仍然会发生析氢副反应。
[0009]申请人推测这可能是铁铬液流电池的一些特性导致，例如其微量的杂质金属在铁铬液流电池循环时也可能导致析氢电位的变化。然而在该推测下，也面对进一步的问题：i) 如何确定到底哪些金属杂质对铁铬液流电池工作时析氢现象产生贡献；ii) 将这些离子的含量降低到何种含量程度才能够避免析氢现象的发生，且在纯化过程中也不至于Fe、Cr以金属形式析出。
[0010]因此，本专利技术所要解决的技术问题是，如何确定纯化铁铬电解液中杂质金属离子至何种程度，以避免铁铬液流电池工作时析氢现象的发生，同时保证纯化过程中不造成Fe、Cr离子的损失。
[0011]用于解决问题的方案对于浓度已低至1ppm左右的金属杂质离子，难以通过常规的纯化方法去除。因此，极低浓度杂质离子的存在成为制约铁
‑
铬液流电池实际应用的极大障碍。
[0012]申请人经过研究发现，杂质金属离子的总浓度已降低至1ppm左右在铁铬液流电池中仍产生析氢副反应主要是由于铁、铬的标准还原电极电位(Fe
2+
和Cr
2+
的标准还原电极电位分别约为
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0.44v和
‑
0.91v)相对于钒(V
2+
的标准还原电极电位约为
‑
1.13v)而言与氢更为接近，因此原本通过上述纯化手段后不会在全钒液流电池中出现的问题，仍然会在铁铬液流电池中继续出现。
[0013]另外，杂质金属离子如Ag离子、Pt离子、Cu离子和Ni离子的各自的标准还原电极电位与钒的电极电位相差较大，因此在钒电解液中杂质金属离子更容易析出而不会造成钒离子的损失。而在铁铬液流电池中，情况则不同，一方面，这些离子的存在将对铁铬液流电池工作时析氢问题做出贡献（对析氢电位产生影响）；另一方面，这些杂质金属离子的电极电位与铁、铬的电极电位相差较小，因此在铁铬液流电池纯化过程中，如果一味追求纯化效果，当纯化进行到一定程度时，有可能引起铁、铬金属离子的析出（低杂质程度与铁铬金属损失是同时出现的关联现象）。
[0014]尽管存在上述的种种问题，但是本申请的专利技术人继续对铁铬液流电池电解液的纯化方法进行研究，发现通过使阴极包括汞和多孔导电材料来进行纯化、当将铁铬电解液中的杂质金属离子例如Ag离子、Pt离子、Cu离子、Ni离子等的总浓度纯化至100ppb以下(即0.1ppm以下)时，可以明显改善纯化后的液流电池析氢现象的发生，同时也没有引起铁铬离子的损失。
[0015]具体地，本专利技术首先提供一种铁铬电解液的纯化方法，其特征在于，包括如下步骤：提供具有阳极、阳极电解液、阴极以及隔膜的电解池的步骤：将待纯化的铁铬电解液通过阴极表面的步骤；其中，所述阴极包括金属汞和多孔导电材料，所述待纯化的铁铬电解液在通过阴极表面时，在外接电流作用下，至少在部分阴极表面区域发生还原反应，所述待纯化的铁铬电解液中包含Fe离子、Cr离子以及杂质金属离子，所述杂质金属离子包括Ag离子、Pt离子、Cu离子和Ni离子中的一种或多种，其中，纯化后的杂质金属离子的总浓度为100ppb以下。
[0016]根据以上所述的纯化方法，其特征在于，所述杂质金属离子还包括Au离子、Bi离
子、Sn离子、Pd离子中的一种或多种。
[0017]根据以上所述的纯化方法，其特征在于，所述阴极与所述隔膜之间形成空间，以使得所述待纯化的铁铬电解液通过。
[0018]根据以上所述的纯化方法，其特征在于，所述阳极为包含碳系材料的阳极；；所述阴极的多孔导电材料为多孔碳材料。
[0019]根据以上所述的纯化方法，其特征在于，所述阳极为石墨板和/或石墨毡。
[0020]根据以上所述的纯化方法，其特征在于，在所述纯化进行到任意程度时，将阴极取出，并通过蒸馏提纯及回收金属汞，继续作为阴极材料循环使用。
[0021]根据以上所述的纯化方法，其特征在于，在所述纯化进行完毕时，将阴极取出，并通过蒸馏提纯及回收金属汞，继续作为阴极材料循环使用。
[0022]根据以上所述的纯化方法，其中所述阳极电解液至少含有Fe
2+
离子和/或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于液流电池的铁铬电解液的纯化方法，其特征在于，包括如下步骤：提供具有阳极、阳极电解液、阴极以及隔膜的电解池的步骤：将待纯化的铁铬电解液通过阴极表面的步骤；其中，所述阴极包括金属汞和多孔导电材料，所述待纯化的铁铬电解液在通过阴极表面时，在外接电流作用下，至少在部分阴极表面区域发生还原反应，所述待纯化的铁铬电解液中包含Fe离子、Cr离子以及杂质金属离子，所述杂质金属离子包括Ag离子、Pt离子、Cu离子和Ni离子中的一种或多种，其中，纯化后的杂质金属离子的总浓度为100ppb以下。2.根据权利要求1所述的纯化方法，其特征在于，所述杂质金属离子还包括Au离子、Bi离子、Sn离子、Pd离子中的一种或多种。3.根据权利要求1或2所述的纯化方法，其特征在于，所述阴极与所述隔膜之间形成空间，以使得所述待纯化的铁铬电解液通过。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑾，郑晓昊，
申请(专利权)人：江苏泛宇能源有限公司，
类型：发明
国别省市：