用于制备铬-铁氧化还原液流电池的电解液的方法技术

本发明专利技术提供了一种制备氧化还原液流电池的方法。在一些实施方案中，所述方法包括处理含有处于高氧化态的铬离子源的原料。在一些实施方案中，对原料在酸性水溶液中的溶液进行还原过程，以将处于高氧化态的铬还原为含有铬(III)离子的水性电解液。在一些实施方案中，还原过程是电化学过程。在一些实施方案中，还原过程是添加无机还原剂。在一些实施方案中，还原过程是添加有机还原剂。在一些实施方案中，无机还原剂或有机还原剂包括铁粉。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及用于制备用于氧化还原(redox)液流电池的电解液和电解质溶液的方法。 相关抟术论沭对于新颖的和创新的电力贮存系统存在着增长的需求。氧化还原(redox)电池已经成为有吸引力的用于这样的能量贮存的装置。在某些应用中，氧化还原液流电池(flowbattery)或氧化还原液流电池(flow cell)可以包括安置在分隔开的半电池隔室中的正电极和负电极。可以通过多孔的或离子选择性的膜将这两个半电池隔开，在氧化还原反应过程中，离子被传输通过所述膜。通常使用外部抽运系统，在氧化还原反应发生时，使电解液(阳极电解液和阴极电解液)流动通过半电池。以这种方式，在液流电池中的膜在水性电解液环境中工作。在一些应用中，可以使用含有铁离子的盐酸水溶液作为阴极电解液，而使用含有铬离子的盐酸水溶液作为阳极电解液。在一些应用中，可以将含有铬和铁的溶液的混合物用在氧化还原电池的两侧。使用混合反应物消除了对于高选择性膜的需要，因为两个半电池的组成在放电状态是同样的。在一些氧化还原液流电池中，在电解质溶液中所含的某些金属杂质可以在负电极导致副反应，从而可以导致放出氢气，这对电池的库伦效率产生负面影响。尽管使用高纯度原料如高等级氯化铁和高等级氯化铬可以抑制这样的形成氢气的反应，但是通常这样的材料对于以商业规模用于氧化还原电池而言过于昂贵。因此，存在着对开发用于由廉价的原料制备和纯化电解质溶液的方法的需要。概沭与本文所述的一些实施方案一致，提供了一种用于制备氧化还原液流电池电解液的方法。在一些实施方案中，该方法包括将包含至少一种处于较高氧化态的铬离子源的原料溶解在酸性的水性液体中，以形成铬离子溶液；使所述溶液经受还原剂作用，以形成铬(III)离子；以及添加铁(II)离子源。参考下列各图讨论了本专利技术的其它的实施方案和方面，这些图结合在本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图简沭图I说明了充有与本文所述的实施方案一致的电解质溶液的氧化还原液流电池。图2说明了根据本专利技术的一些实施方案的电解液制备方法。在图中描绘的相对尺寸和距离是为了描述的便利而没有更多的含义。详细描沭本专利技术的一些实施方案提供了原料的处理，所述原料为铬(VI)离子源和/或铁源。在一些实施方案中，原料含有杂质，例如，原料也是某些过渡金属离子源。不过，在许多原料中，杂质以不足以显著影响使用了所得电解液的电池性能的浓度存在。与一些实施方案一致，本文描述的方法包括将含有处于较高氧化态的铬如铬(VI)的原料溶解在酸性的水溶液中。在一些实施方案中，随后用还原剂处理该酸性的水溶液。还原剂可以是有机试剂、无机试剂、电化学过程、或将高氧化态的铬还原为Cr(III)态的任何其它方式。在一些实施方案中，在还原处理之后，添加铁金属，该铁金属也可以用于完成较高氧化态的铬的还原，并提供Fe (II) (Fe2+)以形成电解液制剂。进而，可以调节溶液的酸浓度。与一些实施方案一致，本文描述的方法使得能够由含有高氧化态铬例如Cr(VI)的来源制备具有低的或最低的离子杂质量的电解质溶液。在一些实施方案中，还原过程可以是电化学的。在一些实施方案中，还原过程可以通过添加有机还原剂如甲酸、甲醇、葡萄糖或蔗糖进行。在一些实施方案中，还原过程可以通过添加无机还原剂如亚硫酸氢钠或连二亚硫酸钠进行。在一些实施方案中，一旦还原过程完成，就可以将过量的还原剂和挥发性的杂质蒸馏掉，得到含有铬离子的氧化还原电解质溶液。随后在同一锅中以还原混合物和或电解液成分的一部分的形式加入铁，以调节所得电解液中的离子浓度。含有铬离子源和/或铁离子源的低成本原料是适宜的，因为它们能够被加工用作氧化还原(redox)电池电解液。这些原料中的一些含有处于+6氧化态(铬(VI))的铬，包括三氧化铬(CrO3)、重铬酸钠(Na2Cr2O7)、重铬酸钾(K2Cr2O7)、铬酸钠(Na2CrO4)、铬酸钾(K2CrO4)和铬酰氯(CrO2Cl2)。那些原料也可以含有杂质，如某些金属物质的源。然而，这些杂质可以在原料中以不干扰电池工作的小量存在，或被还原剂还原为无干扰性的物质。因此，本文描述的一些方法提供了基本上不含有某些金属杂质的水性氧化还原电解液。当用于本说明书时，除非达到在其使用的语境中表示另外含义的程度，下列单词 和短语通常意在具有以下陈述的含义。如本文所述，术语“还原剂”是指具有强还原性质的还原剂，其在酸性的水溶液中具有高的氢还原过电位。高的氢过电位的实例包括在酸性水溶液中显示出很少或没有氢放出的还原剂。在一些实施方案中所用的还原剂(处于其氧化形式)对所得的电解液的电化学过程几乎不表现出或没有干扰。如本文所述，术语“杂质”是指那些在还原条件下沉积的且具有低的氢过电位的材料。低的氢过电位的实例包括在水性酸性环境中放出氢气的材料。图2说明了根据本专利技术的一些实施方案的制备电解液的方法200。如图2中所示，在步骤202中，原料溶解或提取在酸性水溶液中，以形成铬离子溶液。该溶液也可以含有铁离子。在某些实施方案中，酸性水溶液可以包括盐酸(HCl)。在一些实施方案中，HCl可以部分地或完全地被其它布朗斯台德(Br0Iisted)酸，例如硫酸、磺酸、磷酸、膦酸、高氯酸和它们的混合物所代替。在某些实施方案中，可以使用盐酸(HCl)和硫酸的混合物。在步骤202中溶解在酸性水溶液中的原料还可以含有某些杂质源。这样的杂质可以包括，但是不限于，金属离子如锑、铋、镉、钴、铜、铅、锰、钥、铌、镍、钛、钨和锌。在一些实施方案中，原料可以含有镍离子源、钴离子源和/或铜离子源。在一些实施方案中，原料可以是二氧化络。在一些实施方案中，原料可以是重铬酸钠或重铬酸钾，可以是铬酸钠或铬酸钾，可以是铬酰氯，或可以是这些材料的组合。在一些实施方案中，选择原料，使得典型杂质的量足够低，处于可接受的浓度范围内。例如，在一些实施方案中，Co2+离子的量低于lOppm，并且可以在I至IOppm之间。在一些实施方案中，Ni2+离子的量低于lOppm，并且可以在I至IOppm之间。在一些实施方案中，Cu2+离子的量低于lOppm，并且可以在I至IOppm之间。在一些实施方案中，Cu2+离子的量低于I. Oppm，并且可以在O. I至I. Oppm之间。从步骤202，方法200继续进行至还原过程204，在此进行还原步骤，以将溶液中的铬离子还原为铬(III) (Cr3+)氧化态。可以以化学方式通过添加还原剂或以电化学方式实现还原。可以通过将单个电极或隔开的电极对浸没入溶液而完成电解。以下提供了使用各种电极系统的还原过程的一些实例。本领域技术人员将认识到也可以用于还原过程204的 其它过程。这些过程也被认为处于本公开的范围内。在一些实施方案中，Cr(VI)向Cr(III)的还原可以被电化学地影响。在某些情形下，Cr(VI)向Cr(III)的还原可以伴随使用铁电极形成Fe2+离子。铁电极应当具有在可接受的浓度范围内的杂质量，并且因此基本上不含有金属如Cu、Ni、Pd、Pt、Au和Ru，当其存在于电解液中时，造成使用了所得的电解液的液流电池的性能损失。不过，Fe2+向Fe3+的氧化以及Fe2O3和铬铁矿(FeCr2O4)的沉淀可以干扰电化学过程。在某些实施方案中，可以在硫酸中用CrO3进行电解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：马吉德·凯沙瓦齐，阿拉瓦默兰·瓦拉达拉詹，
申请(专利权)人：迪亚能源公司，
类型：
国别省市：