由原料制备流通电池电解质制造技术

提供制备氧化还原流通电池电解质的方法。在一些实施方式中，所述方法包括对包括铬离子和/或铁离子来源的原料进行处理。所述方法进一步包括从那些原料除去杂质例如金属离子。在一些实施方式中，可使用铵盐从铬离子和/或铁离子的含水混合物除去金属杂质。还提供包括至少一种由上述方法制备的电解质的氧化还原流通电池。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开内容涉及可用于还原-氧化(氧化还原)流通电池中的电解质和电解质溶液的制备和纯化方法。
技术介绍
对于新型且创新的电力储存系统有日益增加的需求。氧化还原电池(battery)已成为有吸引力的用于这样的能量储存的装置。在某些应用中，氧化还原流通电池或者流通电池可包括设置在单独的半电池室中的正极和负极。所述两个半电池可通过多孔或离子选择性膜隔开，在氧化还原反应期间离子传输通过所述膜。当氧化还原反应发生时，电解质(阳极液和阴极液)流动通过所述半电池，这经常使用外部泵送系统进行。以这种方式，流通电池中的膜在含水电解质环境中运行。在一些应用中，含铁离子的盐酸水溶液可用作阴极液，而含铬离子的盐酸水溶液可用作阳极液。在一些应用中，含铬和铁离子的溶液的混合物可用在氧化还原单元电池(cell)的两侧。混合反应物的使用消除了对高选择性膜的需求，因为两个半电池的组成在放电状态下相同。在一些氧化还原流通电池中，电解质溶液中所含有的某些金属杂质可增强负极处的副反应，其可导致氢气的析出，所述氢气的析出不利地影响电池的库伦效率。虽然使用高纯度原料例如高等级铁氯化物和高等级铬氯化物可使这样的氢气形成反应最少化，但是这样的材料对于在商业规模上用于氧化还原电池中而言通常太昂贵。因此，存在着开发由廉价原料制备电解质溶液和对电解质溶液进行纯化的方法的需求。此外，存在着开发从那些电解质溶液除去杂质并且特别是与流通电池的氢气析出和效率降低有关的那些杂质的方法的需求。由原料制备电解质溶液和对电解质溶液进行纯化的方法是已知的。例如，一种方法包括在使用铅离子的流通电池的电极上优先镀上镍金属以提供氢过电位和帮助该过程。然而，仍然发生显著的氢气析出而妨碍该过程。期望的是具有避免该问题并且容易放大规模的化学方法。
技术实现思路
在一个实施方式中，提供制备氧化还原流通电池电解质的方法。在一些实施方式中，所述方法包括处理含有铬离子和/或铁离子的来源的原料。在一些实施方式中，那些原料还含有杂质例如某些过渡金属离子的来源。在一些实施方式中，所述方法包括从那些原料除去杂质。在一个实施方式中，此处描述的方法包括将含有某些离子杂质的来源的原料溶解在酸性溶液中。将该含有离子杂质的水溶液用铵盐处理。在一些实施方式中，所述铵盐为硫酸铵。通过如下实施某些离子杂质的除去：将那些杂质以通过添加所述铵盐形成的盐(例如，铵复盐)的形式从溶液沉淀。在一些实施方式中，所述复盐为铵硫酸盐复盐。在一些实施方式中，将所述某些离子杂质的盐过滤掉，得到基本上没有杂质的含有铬离子和/或铁离子的氧化还原电解质溶液。附图说明受益于实施方式的以下详细描述并且在参照附图时，本专利技术的优点对于本领域技术人员将变得明晰，在附图中：图1说明氧化还原流通单元电池；和图2说明氧化还原电解质的制备的流程图。虽然本专利技术可容许各种改进和替代形式，但是其具体实施方式作为实例在附图中显示并且将在本文中详细描述。附图可能不是按比例的。然而，应理解，附图以及对其的详细描述不意图将本专利技术限制为所公开的具体形式，而是相反，本专利技术应涵盖落入如由所附权利要求书所限定的本专利技术精神和范围内的所有改进、等价物以及替代物。具体实施方式应理解，本专利技术不限于特定的装置或方法，其当然可变化。还应理解，本文中使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，并且不意图为限制性的。如本说明书和所附权利要求书中使用的，单数形式“一个”、“一种”和“该”包括单数和复数对象，除非所述内容清楚地相反指示。如本文中使用的，术语“复盐”指包括超过一种阳离子或阴离子的盐。当将超过一种盐溶解在液体中时并且在一起结晶为单一物质时可形成复盐。一些结晶的复盐溶解在液体(例如，水)中并且作为两种不同的盐电离。一些复盐可为基本上不溶解的并且从溶液沉淀出来。如本文中使用的，术语“杂质”指在还原条件下沉积和/或具有低的氢过电位的那些材料。低的氢过电位的实例包括在含水酸性环境中析出氢气的材料。图1说明根据本文中描述的一些实施方式的氧化还原流通电池的氧化还原流通单元电池100。如所显示的那样，氧化还原流通单元电池100包括两个通过膜106隔开的半电池108和110。电解质124流经半电池108和电解质126流经半电池110。半电池108和110分别包括分别与电解质124和126接触的电极102和104，使得在电极102或104之一的表面发生阳极反应和在电极102或104的另一个的表面发生阴极反应。在一些实施方式中，多个氧化还原流通单元电池100可如下电连接(例如，成组)：串联以实现更高的电压，或者并联以实现更高的电流。如图1中所示，电极102和104跨接在负载/电源120两端，电解质124和126通过所述负载/电源120充电或放电。流通单元电池的操作以及膜的组成进一步描述于2008年7月1日提交的题为“Redox Flow Cell”的美国专利申请No.12/217,059中，将其引入本文作为参考。流通单元电池组的构造描述于2009年10月9日提交的题为“Common Module Stack Component Design”的美国专利申请No.12/577,134中，将其引入本文作为参考。当装填电解质时，氧化还原流通单元电池100的一个半电池(例如，108或110)容纳阳极液126和另一个半电池容纳阴极液124，所述阳极液和阴极液总称为电解质。反应物电解质可储存在单独的罐中并且经由分别与单元电池入口/出口(I/O)端口112、114和116、118连接的导管分配到单元电池108和110中，这经常使用外部泵送系统进行。因此，电解质124通过入口端口112流入半电池108中并且通过出口端口114流出，同时电解质126通过入口端口116流入半电池110中并且通过出口端口118流出半电池110。各半电池108和110中的至少一个电极102和104提供其上发生氧化还原反应并且电荷从其转移的表面。用于制备电极102和104的合适材料通常包括本领域普通技术人员知晓的那些。电极102和104的实例还描述于2009年10月8日提交的题为“Magnetic Current Collector”的美国专利申请No.12/576,235中，将其引入本文作为参考。氧化还原流通单元电池100通过在充电或放电期间改变其成分的氧化状态而运行。两个半电池108和110通过传导性的电解质(一个用于阳极反应和另本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.05.28 US 61/182,0731.制备氧化还原流通电池电解质的方法，包括：
将包括铬和/或铁以及至少一种离子杂质的原料在至少一种第一含水酸
中混合以形成包括铬离子和/或铁离子以及至少一种离子杂质的混合物；
使所述混合物经历至少一种铵盐，其中至少一种离子杂质从所述混合物
沉淀出来；
将所述沉淀物的至少一部分从所述混合物除去以形成铬和/或铁离子的
经部分纯化的混合物；
用氨处理所述经部分纯化的混合物，其中所述经部分纯化的混合物中的
铬离子和/或铁离子的至少一部分以氧化物和/或氢氧化物盐的形式沉淀；
将所述沉淀的氧化物和/或氢氧化物盐的至少一部分从所述经部分纯化
的混合物除去；和
通过将氧化物和/或氢氧化物盐形式的铬离子和/或铁离子在至少一种第
二含水酸中混合使所述氧化物和/或氢氧化物盐至少部分溶解以形成所述电
解质。
2.权利要求1的方法，进一步包括使在将所述沉淀的氧化物和/或氢氧
化物盐从所述经部分纯化的混合物除去之后留下的铵盐溶液结晶以形成再
循环铵盐。
3.权利要求2的方法，进一步包括使用所述再循环铵盐作为所述至少一
种铵盐的一部分以实施所述至少一种离子杂质的沉淀。
4.权利要求1的方法，其中将所述沉淀物的至少一部分从所述混合物
除去包括通过过滤除去该沉淀物。
5.权利要求1的方法，将所述沉淀的氧化物和/或氢氧化物盐的至少一
部分从所述经部分纯化的混合物除去包括通过过滤除去该沉淀物。
6.权利要求1的方法，其中将原料在至少一种第一含水酸中混合进一
步包括将元素铁或含铁合金添加至所述至少一种第一含水酸。
7.权利要求1的方法，其中通过将所述铬离子和/或铁离子在至少一种
第二含水酸中混合使所述氧化物和/或氢氧化物盐至少部分溶解以形成所述
电解质进一步包括将元素铁添加至所述至少一种第二含水酸。
8.权利要求1的方法，其中所述第一含水酸包括硫酸。
9.权利要求1的方法，其中所述第二含水酸包括盐酸。
10.权利要求1的方法，其中所述至少一种杂质包括铜、银、钨、锡、
铅、铟、钼、钒、镍、钴、铊、镉、或贵金属。
11.权利要求1的方法，其中所述至少一种杂质包括镍离子、钴离子或铜
离子。
12.权利要求1的方法，其中所述至少一种杂质为镍离子。
13.权利要求1的方法，其中所述原料包括铬矿石、部分还原的铬矿石、
铁铬矿石、铁金属或铬金属。
14.权利要求1的方法，进一步包括将所述电解质引入到氧化还原流通
电池中。
15.权利要求1的方法，进一步包括将FeCl2和/或CrCl3添加至所述电解
质以调节所述电解质中铁和/或铬的浓度。
16.纯化包括铬和/或铁以及至少一种离子杂质的方法，包括：
将所述原料在至少一种第一含水酸中混合以形成包括铬离子和/或铁离
子以及至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：M凯沙瓦兹，A瓦拉达拉詹，
申请(专利权)人：迪亚能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：