一種利用失效的釩電池正極電解液製備五氧化二釩的方法與流程

2023-11-11 07:27:37

本發明涉及釩電池領域，更具體地講，涉及一種利用失效的釩電池正極電解液製備五氧化二釩的方法。

背景技術：

釩電池全稱釩氧化還原液流電池，具有使用壽命長、容量大、功率大、安全性能高等一系列優點。基於其獨特的優勢，釩電池儲能系統可應用的領域廣闊。它可作為醫院、工廠、軍事基地和辦公大樓等地方的緊急供電設施；也可通過在加油站補充或更換電解液實現車輛的「快速再充電」；可用作通訊、無線電轉播站、鐵路信息指示、軍用裝置等的供電系統；可作為工業卡車、叉車、遞送車輛、公交客車、潛艇等交通工具的機載電源；還適用於邊遠地區家庭供電系統以及太陽能、風能的配套的儲能設備；尤其是可應用於大規模儲能系統和電網調峰。

在硫酸體系中時，釩電池正極為(VO2)SO4-/VOSO4電對，負極為V3+/V2+電對，電池充電後，正極物質為V5+離子溶液，負極為V2+離子溶液；放電後，正、負極分別為V4+和V3+離子溶液。V5+和V4+離子在酸性溶液中分別以VO2+離子和VO2+離子形式存在。釩電池電解液經過釩電池長期循環使用後，釩離子濃度和硫酸濃度嚴重超標，釩離子價態不匹配，甚至產生沉澱等現象，進而無法使用。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的不足，本發明的目的之一在於解決上述現有技術中存在的一個或多個問題。例如，本發明的目的之一在於提供一種回收利用失效的釩電池正極電解液的方法。

為了實現上述目的，本發明的提供了一種利用失效的釩電池正極電解液製備五氧化二釩的方法，所述方法包括以下步驟：將失效的釩電池正極電解液通入釩電池正極進行充電預氧化，得到五價釩離子的電解液；對五價釩離子的電解液進行蒸發濃縮，然後靜置，形成具有含五價釩沉澱的混合液；過濾混合液，並將濾餅烘乾和研磨，得到五氧化二釩粉體。

根據本發明的利用失效的釩電池正極電解液製備五氧化二釩的方法的一個實施例，失效的釩電池正極電解液中釩離子濃度可以為1.6mol/L。

根據本發明的利用失效的釩電池正極電解液製備五氧化二釩的方法的一個實施例，將所述五價釩離子的電解液蒸發濃縮至釩離子濃度大於3.0mol/L。

根據本發明的利用失效的釩電池正極電解液製備五氧化二釩的方法的一個實施例，所述蒸發濃縮步驟包括：在電爐上加熱五價釩離子的電解液至沸騰並持續攪拌。

根據本發明的利用失效的釩電池正極電解液製備五氧化二釩的方法的一個實施例，靜置的時間可以為24～48h。

與現有技術相比，利用失效的釩電池正極電解液製備五氧化二釩的方法，不僅實現了釩電解液的回收再利用，而且產生的五氧化二釩純度高，可以繼續用來製備電解液或者用於催化劑等其他用途，具有實際應用價值。

具體實施方式

在下文中，將結合示例性實施例詳細地描述根據本發明的利用失效的釩電池正極電解液製備五氧化二釩的方法。

本發明利用已經失效的釩電池正極電解液(又稱為釩電池失效電解液、失效電解液、失效釩電解液)，失效電解液主要為四價釩和五價釩組成的混合溶液，通過充電使其中的四價釩離子V4+轉變為五價釩離子V5+，再加熱濃縮使溶液中的五價釩沉澱出來，靜置一段時間後過濾烘乾，即可得到五氧化二釩。

在本發明的一個示例性實施例中，本發明的利用失效的釩電池正極電解液製備五氧化二釩的方法包括以下步驟：

(1)四價釩離子預氧化：將失效的釩電池正極電解液通入釩電池正極進行充電預氧化，得到五價釩離子的電解液。

其中，失效的電解液中釩離子的濃度可以為1.6mol/L。

(2)五價釩離子沉澱：對五價釩離子的電解液進行蒸發濃縮，然後靜置，形成具有含五價釩沉澱的混合液。

在本示例性實施例中，將電池充電後所得溶液(即步驟(1)所得溶液)取出，在電爐上加熱至沸騰並不斷攪拌，當釩離子濃度蒸發濃縮至大於3.0mol/L，取下靜置24～48h。

(3)五氧化二釩的製備：對步驟(2)所得的固液混合物(含五價釩沉澱的混合液)進行過濾，並將濾餅烘乾研磨後得到五氧化二釩粉體。

為了更好地理解本發明的上述示例性實施例，下面結合具體示例對其進行進一步說明。

將釩電池正極失效電解液充電預氧化，製備10L五價電解液(1#電解液)以備後用，電解液需低溫存儲。

示例1

量取500ml 1#電解液，在電爐上蒸發濃縮並持續攪拌至溶液體積為270ml；將所得溶液取下靜置24h後過濾，烘乾，得到濾餅43.69g，，計算得釩收率為60.01％，將所得濾餅研磨，得到五氧化二釩粉體。

示例2

量取1000ml 1#電解液，在電爐上蒸發濃縮並持續攪拌至溶液體積為530ml；將所得溶液取下靜置48h後過濾，烘乾，得到濾餅94.82g，計算得釩收率為65.12％，將所得濾餅研磨，得到五氧化二釩粉體。

示例3

量取2000ml 1#電解液，在電爐上蒸發濃縮並持續攪拌至溶液體積為800ml；將所得溶液取下靜置96h後過濾，烘乾，得到濾餅210.71g，計算得釩收率為72.36％，將所得濾餅研磨，得到五氧化二釩粉體。

綜上所述，本發明的利用釩電池失效電解液製備五氧化二釩的方法具有以下優點：

(1)以失效電解液為原料，實現了資源回收再利用。

(2)在以失效電解液為原料製備五氧化二釩的過程中，不需要額外的加入沉釩的步驟，工藝方法簡單、成本低、易於推廣應用。

(3)所製備的五氧化二釩純度高，釩回收率較高，工藝適於工業化生產。

儘管上面已經通過結合示例性實施例描述了本發明，但是本領域技術人員應該清楚，在不脫離權利要求所限定的精神和範圍的情況下，可對本發明的示例性實施例進行各種修改和改變。