【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池，具体涉及一种液流电池的铁铬电解液的纯化装置和纯化方法。
技术介绍
1、电化学液流电池是一种新型的大型电化学储能装置，功率和容量可独立分开设计，尤其是水系液流电池，具有高安全、大功率、大容量、稳定性好、寿命长、使用领域广等优点。液流电池储能装置(或系统、或电站)主要由电池堆、电解液输送系统、电解液储罐、储能变流器等部分构成。系统充电过程中，电能经由系统的核心设备——电池堆转化为化学能，而化学能是储存在系统的电解液中，因而在液流电池系统中，电解液是电能存储的重要组成部分，电解液的组份稳定性、杂质含量和寿命对整个电池系统的容量的影响非常大。
2、在实际生产应用中，电解液多是分析纯级别，由分析纯级别的化学原料试剂配制而成，其价格昂贵，导致电化学液流电池的成本较高。为了降低成本，期待电解液降低化学原料试剂的级别到工业纯级别，先配制成工业纯级别的电解液；或者，分析纯级别的电解液在使用过程中因为操作不当而引入杂质，降低了电解液的试剂级别到了工业纯级别。然而工业纯级的电解液中含有较多杂质，如zn、cu、mn、as、co、ni、sn、mo等金属离子的一种或多种，以及可能含有其它贵金属离子pt、pd、ag等离子的一种或多种，这些杂质可能会影响电解液的使用，导致电解液很快失效或导致储能系统的其它副作用。除了采用分析纯试剂配制分析纯级别的电极液之外，对工业纯级别电解液的纯化方法目前的研究尚处于初期，鲜有报道，专利cn113564680b和cn110858655a分别公开了一种铁铬电解液的纯化方法与装置，但是因为方法中采用
3、为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术由此而来。
技术实现思路
1、针对现有电解液纯化技术不足和存在的缺陷，本专利技术提供了一种液流电池的铁铬电解液的纯化装置和纯化方法。
2、本专利技术的技术方案为：
3、本专利技术涉及一种用于液流电池的铁铬电解液的纯化装置，所述纯化装置为含有一个电解单元或由多个电解单元叠加而成的电解槽，所述电解单元由依次设置的电流收集板、正极、离子交换膜、负极和电流收集板组成，所述正极和所述负极之间通过所述离子交换膜隔开，所述正极和所述负极均有孔隙，允许电解液通过；
4、设置于两端的电流收集板分别记作正极电流收集端板和负极电流收集端板，当电解单元的数量为多个时，除了设置于两端的正极电流收集端板和负极电流收集端板之外，内部相邻的两个电解单元共享电流收集板，共享电流收集板记作双极板。
5、优选地，所述正极和所述负极均采用多孔石墨材料制成。
6、优选地，所述多孔石墨材料为多孔石墨毡，并且负极多孔石墨毡的厚度大于等于正极多孔石墨毡的厚度，当处理量比较小时，正负极可以采用厚度一致的多孔石墨材料，但是当处理量比较大时，考虑负极采用相对厚一点的多孔石墨材料。
7、优选地，设有密封结构使得电解槽不泄露。
8、优选地，所述电解单元数量为多个，多个电解单元紧密叠加，形成电路上串联、流路上并联的结构。
9、优选地，所述负极电流收集端板和/或所述双极板设有流道，所述双极板上的流道设于靠近负极的一侧，这种低流体阻力设计有助于降低流体阻力和增加杂质处理量。
10、本专利技术还涉及一种用于液流电池的铁铬电解液的纯化方法，采用上述纯化装置，包括如下步骤：
11、s1、充电纯化：粗品电解液分为正极腔电解液和负极腔电解液，分别从电解单元的进口端同时流经正极和负极，施加外部电流，并控制每个电解单元的充电电位不高于铁铬液流电池的开路电压，开路电压略低于铁铬液流电池氧化还原反应的标准平衡电位1.18v，相比于铬离子更易于还原的杂质离子将被沉积到负极表面上。
12、在纯化装置静止、不施加充放电电流时，正极和负极流经的电解液可以完全相同。当开始充电、消除杂质离子操作时，控制每个电解单元的充电电位不高于其开路电压，只去除对铁铬液流电池氧化还原反应有影响的杂质，亦即在负极侧的电极上，相比于铬离子更易于还原的杂质离子将被沉积到电极表面上，其他杂质离子则不会有还原反应发生；同时，在正极上表面若附着有更易被氧化的杂质，则这样的杂质被氧化后进入流体被带走，正极表面得到了一定程度的净化，有利于降低正极充电极化程度，提高电解效率。
13、优选地，从电解单元的出口端处正极流出的电解液与负极流出的电解液进行混合，然后再通入电解单元进行循环处理。电解液的混合可以在储罐中进行，这样不断地循环操作，尽可能多的杂质离子就连续不断地沉积、收集到负极表面，纯化后的杂质金属离子的总浓度可以降低到3μm以下。
14、优选地，还包括如下步骤：
15、s2、冲洗：在一定循环操作时间后，可能负极表面累积的杂质物质过多，负极内的流动阻力有显著增加，当负极内的流动阻力为初始流动阻力的1.5倍以上时或者进出口压力差值为初始进出口压差值的1.5以上倍时(以设计最大负极进出口压差和电解槽耐压值，并保障正负极间隔膜在许可的负极、正极压差下不破裂为准)，停止施加电流，切换正、负极处的原电解液进、出口管道到冲洗液，利用冲洗液对负极进行冲洗。冲洗液类似于电解液但只用于冲洗沉积在负极表面的易反应杂质物质，例如zn、cu、sn等金属。
16、优选地，还包括如下步骤：
17、s3、放电：施加外部电流，脱除电极表面的杂质物质，杂质被冲洗液带走，当负极内的流动阻力恢复至初始流动阻力的1.1倍以下时，即认为杂质物质脱除干净。当在上述s2步骤不易反应的杂质，如mn、as、co、ni、mo及贵金属等，难于冲洗掉时，施加外部电流使得电解槽可控小电流放电，强化脱除电极表面的杂质物质，当负极内的流动阻力减小至初始流动阻力的1.1倍以下时，即认为杂质物质脱除干净。此时，可以再切换到s1步骤，切换正、负极处的冲洗液进、出口管道到原电解液，进入再次的充电纯化操作。
18、本专利技术中，充电是消除电解液中的杂质的过程，将电解液中有影响的金属离子还原沉积到负极上，然后切换为冲洗液，并放电使得这些金属杂质从负极上脱离下来、被冲洗液带走，负极又被复原到初始状态，可以进行再一次的沉积。
19、优选地，粗品电解液中的杂质金属离子包括金属离子和贵金属离子，所述金属离子包括zn、cu、mn、as、co、ni、sn、mo中的一种或多种，所述贵金属离子包括pt、pd、ag中的一种或多种。
20、本专利技术的有益效果是：
21、本专利技术采用与铁铬液流电池电堆类似的结构作为纯化装置的电解槽结构，采用该纯化装置进行的纯化过程简单易行，甚至可以在线操作以方便处理液流电池系统内部管壁、设备内壁、电堆等引入的杂质，且无需使用有毒物质；本专利技术采取近似于电池堆的电解槽进行操作，在一定电压和阻力的条件下切换充电放电操作即可实现对电解液的纯化，纯化后的杂质金属离子的总浓度可以达到3μm以下的理想效果。
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1.一种用于液流电池的铁铬电解液的纯化装置，其特征在于，所述纯化装置为含有一个电解单元或由多个电解单元叠加而成的电解槽，所述电解单元由依次设置的电流收集板、正极、离子交换膜、负极和电流收集板组成，所述正极和所述负极之间通过所述离子交换膜隔开，所述正极和所述负极均有孔隙，允许电解液通过；
2.根据权利要求1所述的用于液流电池的铁铬电解液的纯化装置，其特征在于，所述正极和所述负极均采用多孔石墨材料制成。
3.根据权利要求2所述的用于液流电池的铁铬电解液的纯化装置，其特征在于，所述多孔石墨材料为多孔石墨毡，并且负极多孔石墨毡的厚度大于等于正极多孔石墨毡的厚度。
4.根据权利要求1所述的用于液流电池的铁铬电解液的纯化装置，其特征在于，所述电解单元数量为多个，多个电解单元紧密叠加，形成电路上串联、流路上并联的结构。
5.根据权利要求1所述的用于液流电池的铁铬电解液的纯化装置，其特征在于，所述负极电流收集端板和/或所述双极板设有流道，所述双极板上的流道设于靠近负极的一侧。
6.一种用于液流电池的铁铬电解液的纯化方法，其特征在于，采用
7.根据权利要求6所述的用于液流电池的铁铬电解液的纯化方法，其特征在于，从电解单元的出口端处正极流出的电解液与负极流出的电解液进行混合，然后再通入电解单元进行循环处理。
8.根据权利要求6所述的用于液流电池的铁铬电解液的纯化方法，其特征在于，还包括如下步骤：
9.根据权利要求7所述的用于液流电池的铁铬电解液的纯化方法，其特征在于，还包括如下步骤：
10.根据权利要求7所述的用于液流电池的铁铬电解液的纯化方法，其特征在于，粗品电解液中的杂质金属离子包括金属离子和贵金属离子，所述金属离子包括Zn、Cu、Mn、As、Co、Ni、Sn、Mo中的一种或多种，所述贵金属离子包括Pt、Pd、Ag中的一种或多种。
...【技术特征摘要】
1.一种用于液流电池的铁铬电解液的纯化装置，其特征在于，所述纯化装置为含有一个电解单元或由多个电解单元叠加而成的电解槽，所述电解单元由依次设置的电流收集板、正极、离子交换膜、负极和电流收集板组成，所述正极和所述负极之间通过所述离子交换膜隔开，所述正极和所述负极均有孔隙，允许电解液通过；
2.根据权利要求1所述的用于液流电池的铁铬电解液的纯化装置，其特征在于，所述正极和所述负极均采用多孔石墨材料制成。
3.根据权利要求2所述的用于液流电池的铁铬电解液的纯化装置，其特征在于，所述多孔石墨材料为多孔石墨毡，并且负极多孔石墨毡的厚度大于等于正极多孔石墨毡的厚度。
4.根据权利要求1所述的用于液流电池的铁铬电解液的纯化装置，其特征在于，所述电解单元数量为多个，多个电解单元紧密叠加，形成电路上串联、流路上并联的结构。
5.根据权利要求1所述的用于液流电池的铁铬电解液的纯化装置，其特征在于，所述负极电流收集端板和/或...
【专利技术属性】
技术研发人员：马志啟，王炳富，
申请(专利权)人：上海朗雄能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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